CN111971483B - 转矩产生装置 - Google Patents

Abstract

能够适于小型化并且得到大的剪切力的本发明的转矩产生装置具备：磁粘性流体，其填充于磁性盘状件与第一磁轭及第二磁轭之间；线圈，其配置为在沿着第一方向的方向观察时与磁性盘状件重叠；以及第三磁轭，其与第一磁轭及第二磁轭一起构成线圈产生的磁场的磁路，磁性盘状件在与第一磁轭对置的面和与第二磁轭对置的面中的至少任一方具有转矩增大部，转矩增大部在磁性盘状件中设置于作为与第一方向垂直的径向的第二方向的外周区域，且转矩增大部与比外周区域靠内侧的内周区域相比，使对磁粘性流体的簇的剪切力较大，第三磁轭在与第一磁轭之间具有磁隙，磁隙在沿着第一方向观察时，形成于比磁性盘状件的外周缘靠外侧、或者与磁性盘状件的外周缘重叠的位置。

Description

转矩产生装置

技术领域

本发明涉及能够使用磁粘性流体来使旋转阻力变化的转矩产生装置。

背景技术

专利文献1所记载的触觉接口具备与用户相互作用的要素、以供该要素旋转的方式固定的旋转轴、与磁粘性类型的流体相互作用且以旋转的方式固定于上述旋转轴的要素、以及用于在上述流体中生成磁场的系统。与上述流体相互作用的要素形成有开口部，和/或形成有浮雕的图案和/或凹型的图案，且具有有着纵轴的至少一个圆筒状的壁。在该结构中，在施加有磁场的情况下，磁粘性流体内所含的磁颗粒链位于浮雕，形成针对浮雕的位移的障碍物，利用相互作用要素对颗粒链施加剪切力，由此，以较小体积提供增大了的制动力。

专利文献2所记载的制动力传递装置具备固定于旋转轴的磁性体的盘状件、铺在该盘状件的上下的MR流体层、以及线圈，在与线圈沿轴向排列的位置配置有一张的盘状件中，在将线圈的端面投影到盘状件的区域设置有空隙与磁性体的桥。通过该结构，提供响应性优良并且紧凑的MR流体制动器、离合器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许5603856号公报

专利文献2：日本特开2011-247403号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1所记载的触觉接口中，虽然能够通过磁粘性流体内所含的磁颗粒链形成针对浮雕的位移的障碍物来得到增大了的制动力，但由于是由密闭腔室、钟形状的要素、永久磁铁、线圈等构成的结构，因此难以实现小型化。

在专利文献2所记载的制动力传递装置中，为了使盘状件的内周侧的磁场的朝向与外周侧的磁场的朝向反转，而使盘状件直径相对于线圈直径增大，因此难以小型化。

因此，本发明的目的在于提供使用了磁粘性流体的转矩产生装置，其适于小型化并且能够得到大的剪切力。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的转矩产生装置的特征在于，具备：磁性盘状件，其能够以旋转轴为中心进行旋转动作；第一磁轭及第二磁轭，它们在与旋转轴平行的第一方向上分别配置于夹着磁性盘状件的两侧；磁粘性流体，其填充于磁性盘状件与第一磁轭及第二磁轭之间；线圈，其配置为在沿着第一方向的方向观察时与磁性盘状件重叠；以及第三磁轭，其至少在磁性盘状件及线圈的外侧具有接近磁性盘状件的区域，且与第一磁轭及第二磁轭一起构成线圈产生的磁场的磁路，磁性盘状件在与第一磁轭对置的面和与第二磁轭对置的面中的至少任一方具有转矩增大部，转矩增大部在磁性盘状件中设置于作为与第一方向垂直的径向的第二方向的外周区域，且转矩增大部与比外周区域靠内侧的内周区域相比，使对磁粘性流体的簇的剪切力较大，第三磁轭在与第一磁轭之间具有磁隙，磁隙在沿着第一方向观察时，形成于比磁性盘状件的外周缘靠外侧、或者与磁性盘状件的外周缘重叠的位置。

由此，在除了磁性盘状件的外周缘的较广的范围内，能够使将横穿第一磁轭与第二磁轭之间的磁场成分作为主方向的磁通通过，能够在基于该磁通的方向的方向上产生阻力(转矩)，因此能够不使装置大型化并且与不设置转矩增大部的结构相比得到大的剪切力。

在本发明的转矩产生装置中，优选的是，第一磁轭在线圈与磁性盘状件之间具备在沿着第一方向观察时与线圈以及磁性盘状件重叠的延伸部。

由此，在磁性盘状件中，不仅在内周区域，在设置有转矩增大部的外周区域也能够可靠地使磁力线通过，能够有利于大的剪切力的生成。

在本发明的转矩产生装置中，优选的是，转矩增大部具有沿磁性盘状件的厚度方向贯通的开口部。较佳的是，开口部为将第二方向作为长度方向的长孔。

由此，在第一磁轭与第二磁轭之间形成与通过磁性盘状件的开口部的磁通相应的磁性颗粒的簇，能够产生大的阻力(转矩)。

在本发明的转矩产生装置中，优选的是，转矩增大部形成为磁性盘状件的厚度方向上的凹凸。较佳的是，转矩增大部具备凹凸设置为以旋转轴为中心的同心圆状的结构。

由此，在磁性盘状件与第一磁轭以及第二磁轭之间的间隙的形状形成凹凸，能够产生大的阻力(转矩)。

在本发明的转矩产生装置中，优选的是，与磁性盘状件的内周区域相比，转矩增大部的与第一磁轭以及第二磁轭之间的间隙较小。较佳的是，第一磁轭以及第二磁轭在与磁性盘状件的内周区域对置的区域具有增大与磁性盘状件之间的间隙的凹部。

通过设置转矩增大部，能够相对地增大内周区域中的与第一磁轭以及第二磁轭之间的间隙，由此，间隙较小的外周区域能够更进一步作为转矩增大部而产生较大的阻力(转矩)。通过与内周区域对置的区域的凹部，能够将初始转矩抑制得较小。

在本发明的转矩产生装置中，优选的是，在与旋转轴正交的面内，磁性盘状件的外周缘与第三磁轭的外侧面之间的距离不恒定。较佳的是，第三磁轭俯视下呈大致四边形。

由此，在与第三磁轭的角部对应的侧壁部，能够确保宽的磁路，且可靠地沿着该磁路生成磁场。

发明效果

根据本发明，能够提供能够适于小型化并且得到大的剪切力的转矩产生装置。

附图说明

图1的(A)是从上侧观察转矩产生装置的基本方式而得到的立体图，图1的(B)是从下侧观察图1的(A)的转矩产生装置而得到的立体图。

图2是从上侧观察图1的(A)、(B)所示的转矩产生装置而得到的分解立体图。

图3是从下侧观察图1的(A)、(B)所示的转矩产生装置而得到的分解立体图。

图4的(A)、(B)是沿着图1的(A)的IV-IV’线的剖视图，图4的(B)是概念性示出励磁线圈所产生的磁场的图。

图5的(A)、(B)是沿着图1的(A)的V-V’线的剖视图，图5的(B)是概念性示出励磁线圈所产生的磁场的图。

图6是图4的(A)的局部放大图。

图7是图1的(A)、(B)所示的转矩产生装置的控制系统的框图。

图8的(A)是示出第一实施方式的磁性盘状件的结构的俯视图，图8的(B)是图8的(A)的磁性盘状件的立体图，图8的(C)是图8的(A)的VIII-VIII’线的剖视图，图8的(D)是示出第一实施方式的变形例的结构的剖视图。

图9是示出在使用了第一实施方式的实施例1～5的磁性盘状件与比较例的磁性盘状件的情况下向线圈施加的施加电流与转矩产生装置的输出转矩的关系的曲线。

图10的(A)是示出第二实施方式的磁性盘状件的结构的俯视图，图10的(B)是图10的(A)的磁性盘状件的立体图，图10的(C)是图10的(A)的X-X’线的剖视图。

图11的(A)是示出第三实施方式的磁性盘状件的结构的俯视图，图11的(B)是图11的(A)的磁性盘状件的立体图，图11的(C)是图11的(A)的XI-XI’线的剖视图。

图12的(A)是示出第四实施方式的磁性盘状件的结构的俯视图，图12的(B)是图12的(A)的磁性盘状件的立体图，图12的(C)是图12的(A)的XII-XII’线的剖视图。

具体实施方式

<基本方式>

参照图1～图7，对转矩产生装置的基本方式进行说明。在该基本方式中，将磁性盘状件120的形状设为上表面124和下表面125是平坦的大致圆板状进行说明，但各实施方式的具体的形状在后叙述。

图1的(A)从上侧观察基本方式的转矩产生装置10而得到的立体图，图1的(B)是从下侧观察转矩产生装置10而得到的立体图。图2和图3是转矩产生装置10的分解立体图。图2是从上侧观察而得到的分解立体图，图3是从下侧观察而得到的分解立体图。图4的(A)、(B)是沿着图1的(A)的IV-IV’线的剖视图，图4的(B)是概念性示出励磁线圈50所产生的磁场的说明图。图5的(A)、(B)是沿着图1的(A)的V-V’线的剖视图，图5的(B)是概念性示出励磁线圈所产生的磁场的图。图6是图4的(A)的局部放大图。图7是示出转矩产生装置10的控制系统的框图。

在图1的(A)至图6中，为了方便说明，沿着中心轴11规定了上下方向，但并不限制实际使用时的方向。将沿着中心轴11的方向称为第一方向，将从中心轴11起与中心轴11正交的径向称为第二方向。在以下的说明中，有时将沿着中心轴11从上侧观察下侧的状态称为俯视。另外，在图2和图3中省略局部的螺钉、磁粘性流体的显示。

如图1的(A)、图1的(B)所示，转矩产生装置10具备保持部20、作为磁测定部的霍尔元件52、以及操作部100。操作部100包括轴体部110和磁性盘状件120，且以能够以中心轴11(旋转轴)为中心向两方向进行旋转动作的方式支承于保持部20。操作部100经由支承构件140和径向轴承150而以能够旋转的状态支承于保持部20(图2)。并且，如图4～图6所示，在设置于转矩产生装置10内的间隙80充满磁粘性流体160。

保持部20包括第一磁轭30、第二磁轭40、作为磁场产生部的励磁线圈50、环状构件60、以及作为上部壳体的第三磁轭70。第一磁轭30、第二磁轭40、第三磁轭70各自分开加工而形成。但也可以是，第一磁轭30、第二磁轭40、第三磁轭70中的任一些进行组合而一体地形成。

如图2所示，第一磁轭30具备：圆环部31；以及圆筒部32，其以从圆环部31的上表面呈与圆环部31同心状向上侧延伸的方式一体地设置。圆环部31与圆筒部32在俯视下呈以中心轴11为中心的圆形形状，对于其外径而言，圆筒部32的外径比圆环部31的外径小。通过圆环部31的外径与圆筒部32的外径的不同，从而在圆筒部32的外周面32a的外侧形成阶梯部33。另外，第一磁轭30具有以中心轴11为中心的俯视圆形形状的内周面34。内周面34沿着中心轴11贯穿圆环部31与圆筒部32，且其内径设定为与上下方向的位置相应地变化。

如图4的(A)所示，在第一磁轭30的阶梯部33配设作为磁场产生部的励磁线圈50。励磁线圈50呈内周50a沿着圆筒部32的外周面32a那样的圆环状，外周50b在径向上位于比圆环部31的外周面31a靠外侧的位置。由此，励磁线圈50在俯视下与作为延伸部的圆环部31重叠。励磁线圈50是包括以绕中心轴11的方式卷绕的导线的线圈。连接构件51电连接于励磁线圈50，对从第三磁轭70的上部露出的连接构件51的输入部51a通过未图示的路径供给电流。当励磁线圈50被供给电流时产生磁场。

在第一磁轭30的圆环部31沿着其外周面31a固定有环状构件60。该环状构件60呈圆环状，并由合成树脂等非磁性材料构成。固定于第一磁轭30的状态下的环状构件60在俯视下具有与配设于阶梯部33的励磁线圈50大致相同的外径的圆形形状。如图6所示，环状构件60的下表面61形成与第一磁轭30的底面35大致平齐的面，该面沿着与中心轴11正交的方向延伸。环状构件60的径向的厚度成为能够阻碍励磁线圈50所产生的磁场穿过环状构件60在径向上穿过的厚度。另外，环状构件60的径向的厚度也可以沿上下发生变化。

如图2所示，第二磁轭40呈圆板状，并配设于第一磁轭30的下方。第二磁轭40具有与沿着中心轴11的上下方向正交的上表面41。在该上表面41设置有包围中心轴11且向上方开口的环状的槽42。在槽42的中央形成有沿着上下方向贯通第二磁轭40的孔部43。如图6所示，在孔部43内插入有沿上下方向延伸的支承构件(枢轴支承构件)140，该支承构件140通过在第二磁轭40的下表面44固定的保持件141而固定于第二磁轭40。支承构件140具有作为向上侧敞开的凹部的承受部140a，利用该承受部140a将轴体部110的前端部容纳为旋转自如。

需要说明的是，磁轭30、40的平面形状也可以并不一定是圆形。另外，磁轭的分割也可以不是上述的第一磁轭30与第二磁轭40那样的组合，也能够通过分割位置而设为矩形形状的平面形状。

如图6所示，第一磁轭30的底面35以及环状构件60的下表面61与第二磁轭40的上表面41成为相互大致平行，在底面35与上表面41之间形成有间隙80。

如图3所示，第三磁轭70具有空间72，该空间72在内部收容(1)励磁线圈50、第一磁轭30以及环状构件60、(2)连接构件51以及霍尔元件52、(3)径向轴承150、轴体部110以及磁性盘状件120。该空间72通过内周面71而形成为俯视圆形形状，通过配置第二磁轭40而封闭下部。空间72由第三磁轭70的上壁部74与侧壁部75包围。如图1的(A)、(B)所示，第三磁轭70为俯视大致四边形，另一方面，空间72如上述那样为俯视圆形形状。因此，侧壁部75的俯视形状、即第三磁轭70的侧壁部75的外侧面的俯视形状成为第三磁轭70的角部厚且边部薄。

第二磁轭40通过将第三磁轭70的侧壁部75沿径向贯通的螺钉(未图示)，而固定于第三磁轭70。由此，第二磁轭40的外周面45以与第三磁轭70的侧壁部75接触的状态被固定，第二磁轭40与第三磁轭70相互磁连接(参照图6)。需要说明的是，第二磁轭40与第三磁轭70的固定也能够通过螺钉以外的方案、例如焊接来进行。

通过使用第一磁轭30、第二磁轭40、第三磁轭70从而，能够形成使励磁线圈50所产生的磁场闭环的磁路(磁回路)。

如图4的(A)、(B)所示，第三磁轭70与第一磁轭30通过将第三磁轭70的上壁部74上下贯穿的多个螺钉90而相互固定。由此，第一磁轭30的上部与第三磁轭70的上壁部74以接触的状态被固定，在该区域中，第一磁轭30与第三磁轭70磁连接。

另一方面，在第一磁轭30的圆环部31的外周面31a固定有由非磁性材料构成的环状构件60，该环状构件60的外周面与第三磁轭70的内周面71相接。因此，第一磁轭30的圆环部31与第三磁轭70的侧壁部75在与中心轴11正交的方向上利用环状构件60而分离并形成磁隙G。该磁隙G在沿着中心轴11的第一方向上从励磁线圈50的底面延伸到第二磁轭40的上表面41。

另外，在作为径向的第二方向上，磁隙G和磁性盘状件120的外周缘126与第三磁轭70的内周面71之间的间隙对应，该磁性盘状件120配置于第一磁轭30与第二磁轭40的间隙80内。通过设置磁隙G，能够限制励磁线圈50所产生的磁场的磁通从第一磁轭30的圆环部31向第三磁轭70的侧壁部75沿着与中心轴11正交的方向通过、以及从磁性盘状件120向第三磁轭70的侧壁部75沿着与中心轴11正交的方向通过。第三磁轭70通过磁隙G，而在磁性盘状件120和励磁线圈50的外侧形成有接近磁性盘状件120的区域。

在以上的结构中，当对励磁线圈50施加电流时形成具有以图4的(B)的箭头概略地示出的方向的流动的磁场。另外，当对励磁线圈50向相反朝向施加电流时，形成与图4的(B)相反朝向的流动的磁场。在图4的(B)所示的例子中，磁通沿着中心轴11的方向从第一磁轭30向第二磁轭40侧横穿磁性盘状件120，该磁通在第二磁轭40中向远离中心轴11的方向行进，在第三磁轭70的侧壁部75中沿着中心轴11的方向从下向上行进。

并且，在第三磁轭70的上壁部74中，向靠近中心轴11的方向行进，在与励磁线圈50的内侧对应的区域，从上向下、即向第一磁轭30的圆筒部32侧行进，在励磁线圈50的内侧向下行进，再次横穿磁性盘状件120而到达第二磁轭40。

在这种磁路的磁场中，由于形成有磁隙G，因此限制磁通从圆环部31以及磁性盘状件120向第三磁轭70的侧壁部75通过。另外，第二磁轭40与第三磁轭70的侧壁部75磁连接，因此确保从第二磁轭40穿过侧壁部75的磁路。并且，如上述那样，侧壁部75的俯视形状为第三磁轭70的角部厚且边部薄，因此特别是在与角部对应的侧壁部75中能够确保宽的磁路，沿该磁路可靠地生成磁场(参照图5的(B))。需要说明的是，在本实施方式中，第三磁轭70为俯视大致四边形，但只要能够确保磁路，则也可以是俯视圆形、其他形状。

第三磁轭70在包括中心轴11的区域具有大致圆柱形的贯通孔73。贯通孔73沿上下方向贯通第三磁轭70。该贯通孔73内的空间沿上下方向与由第一磁轭30的内周面34包围的空间连通。

接下来，对操作部100的构造进行说明。

如图2、图3所示，作为操作轴的轴体部110是沿中心轴11在上下延伸的棒状件，且具有上侧的轴部111、以及设置于比轴部111靠下侧的位置的槽部112。槽部112在外周面设置有以中心轴11为中心的螺旋状的槽。在槽部112的下表面中央设置的前端部113具有越趋向下方则变得越细的形状。

如图3所示，磁性盘状件120由磁性材料构成，且是以与上下方向正交的方式配置的具有圆形平面的圆板状的构件。在磁性盘状件120的圆形平面的中心设置有沿上下方向贯通的中央孔部121，在包围该中央孔部121的位置设置有沿上下贯通磁性盘状件120的多个贯通孔部122。磁性盘状件120通过将从下方在贯通孔部122内贯穿的螺钉91的轴部嵌入轴体部110的槽部112内，从而相对于轴体部110固定。

如图4的(A)、(B)所示，在轴体部110中，轴部111由径向轴承150支承为旋转自如，槽部112的下端的前端部113穿过磁性盘状件120的中央孔部121而被支承构件(枢轴支承构件)140枢轴支承。径向轴承150由第三磁轭70以及第一磁轭30在上下方向的规定位置处支承。在槽部112的槽装配有O形密封圈116。由此，轴体部110维持与第一磁轭30的紧贴性，并且被支承为能够相对于第一磁轭30、第二磁轭40以及第三磁轭70以中心轴11为中心旋转。轴部111的上部向第三磁轭70的上方露出，在轴部111的露出部分设置有用于将输入操作所需的构件结合于轴体部110的结合孔部114、115。

如图4～图6所示，磁性盘状件120在第一磁轭30与第二磁轭40之间的间隙80内以沿与中心轴11正交的方向延伸的方式配设。由此，磁性盘状件120在沿着中心轴11的方向上以与励磁线圈50相互重叠的方式配置。由此，磁性盘状件120在俯视下与作为延伸部的圆环部31重叠。这里，磁性盘状件120与励磁线圈50在沿着中心轴11的方向上以至少一部分重叠的方式配置即可。如图6所示，磁性盘状件120具有上表面124与下表面125作为与沿着中心轴11的第一方向垂直且相互对置的两个面。在磁性盘状件120的上表面124与第一磁轭30的底面35之间存在间隙81，另外，在磁性盘状件120的下表面125与第二磁轭40的上表面41之间存在间隙82。并且，磁性盘状件120的外周缘126与第三磁轭70的侧壁部75通过磁隙G而分离。

在通过对轴体部110进行旋转操作而使磁性盘状件120相对于第一磁轭30以及第二磁轭40相对地旋转时，磁性盘状件120的上表面124与第一磁轭30的底面35之间的上下方向的距离保持为大致恒定，磁性盘状件120的下表面125与第二磁轭40的上表面41之间的上下方向的距离保持为大致恒定，并且，磁性盘状件120的外周缘126与侧壁部75的内周面71的径向的距离也维持为大致恒定。

如图4～图6所示，在磁性盘状件120的周围的间隙80充满磁粘性流体160。因此，在由磁性盘状件120的上表面124与第一磁轭30的底面35在上下方向上夹着的间隙81存在磁粘性流体160，并且在由磁性盘状件120的下表面125与第二磁轭40的上表面41在上下方向上夹着的间隙82也存在磁粘性流体160。并且，在由磁性盘状件120的外周缘126与第三磁轭70的侧壁部75在径向上夹着的空间(磁隙G)也存在磁粘性流体160。磁性盘状件120的周围的间隙80由轴体部110、O形密封圈116、支承构件140、第一磁轭30、第二磁轭40、第三磁轭70以及环状构件60等密封。因此，磁粘性流体160被可靠地保持在间隙80内。

这里，也可以不是间隙80全部被磁粘性流体160填充。例如，磁粘性流体160也可以仅存在于上表面124侧和下表面125侧中的任一方。另外，磁粘性流体160除了向间隙80内注入而填充以外，也可以通过涂覆在磁性盘状件120的上表面124、下表面125、圆环部31的底面35、第二磁轭40的上表面41、环状构件60的下表面61、第三磁轭70的内周面71等而配置于间隙80内。

磁粘性流体160是当被施加磁场时粘度变化的物质，例如是在非磁性的液体(溶剂)中分散由磁性材料构成的颗粒(磁性颗粒)而得到的流体。作为磁粘性流体160所含的磁性颗粒，例如，优选的是含有碳的铁系的颗粒、铁氧体颗粒。作为含有碳的铁系的颗粒，例如，优选的是碳含有量为0.15％以上。磁性颗粒的直径例如优选为0.5μm以上，进一步优选为1μm以上。磁粘性流体160期望以磁性颗粒难以在重力的作用下沉淀的方式选定溶剂与磁性颗粒。并且，期望的是，磁粘性流体160含有防止磁性粒子的沉淀的偶联材料。

当对励磁线圈50施加电流时，如上述那样，产生图4的(B)所示那样的磁场，在磁性盘状件120中，仅沿着上下方向的方向的磁通横穿，在磁性盘状件120的内部，不产生沿着径向的磁通，或者即使产生其磁通密度也微小。通过该磁场，而在第二磁轭40中产生沿着径向的磁力线，并在第三磁轭70的侧壁部75中产生与磁性盘状件120中的磁力线为相反方向且沿着上下方向的方向的磁力线。并且，在第三磁轭70的上壁部74中，产生与第二磁轭40中的磁力线为相反方向且沿着径向的方向的磁力线。

在磁粘性流体160中，在未产生由励磁线圈50产生的磁场时，磁性颗粒分散在溶剂内。因此，当操作者操作轴体部110时，保持部20不会受到大的阻力而相对于操作部100相对地旋转。或者，在未对励磁线圈50通电的状态下，在磁轭内存在残留磁通时，与该残留磁通的密度相应地，在轴体部110残留阻力转矩。

另一方面，当对励磁线圈50施加电流而产生磁场时，对磁粘性流体160施加沿着上下方向的磁场。通过该磁场，在磁粘性流体160中分散的磁性颗粒沿着磁力线集聚，沿着上下方向排列的磁性颗粒相互磁连结，形成簇。在该状态下，当施加欲使轴体部110向以中心轴11为中心的方向旋转的力时，在连结了的磁性颗粒作用有剪切力，由这些磁性颗粒产生阻力(转矩)。因此与未产生磁场的状态相比，能够使操作者感受到阻力。

如以上所述，由于使用了从轴体部110向径向外侧呈圆板状扩展的磁性盘状件120，因此与仅有轴体部110的情况相比，能够在较广的范围配置磁粘性流体160。并且，磁粘性流体160的阻力的大小与由第一磁轭30的底面35或第二磁轭40的上表面41在上下方向上夹着的磁粘性流体160的配置范围的广度相关。特别是，通过轴体部110的操作而使磁性盘状件120旋转时的由磁粘性流体160产生的阻力的大小和与其旋转方向正交的面的磁粘性流体160的面积相关。由此，磁粘性流体160的配置范围越广，则越能够扩大阻力(转矩)的控制幅度。

图7是转矩产生装置10的控制系统的框图。转矩产生装置10除了上述的励磁线圈50与霍尔元件52以外还具备控制部130。

如图4的(B)所示，作为磁测定部的霍尔元件52配置于通过对励磁线圈50施加电流而产生的磁场的磁路。更具体而言，霍尔元件52配置于第三磁轭70的上壁部74的内部中的励磁线圈50的上方。向该位置的配置通过将霍尔元件52向设置于上壁部74的凹部内插入而进行，并通过粘接而固定。这样，通过在励磁线圈50所产生的磁场的磁路配置霍尔元件52，从而能够准确地测定基于该磁场的磁，另外也能够准确地测定停止向励磁线圈50施加电流后的残留磁场。需要说明的是，优选的是，霍尔元件52配置于能够检测出与向励磁线圈50施加电流而向磁性盘状件120周边引导磁通时的磁通的变化成比例的值的场所，例如第三磁轭70的四角的壁厚部周边较佳。

需要说明的是，只要是励磁线圈50所产生的磁场的磁路上，则霍尔元件52也能够配置于其他位置。另外，作为磁测定部，并不限定于霍尔元件，例如也能够使用磁阻效应元件。

控制部130根据由霍尔元件52测定的磁场的大小，控制对励磁线圈50施加的电流的大小，由此，控制励磁线圈50所产生的磁场的大小。控制部130例如包括中央运算处理装置与存储装置，通过由中央运算处理装置执行存储于存储装置的程序来执行控制。由霍尔元件52测定出的磁场与对励磁线圈50施加的电流的关系可以通过计算而依次算出，也可以基于预先制作出的对应表来指定，另外，也可以通过除此以外的方法来指定。通过这种控制，能够使残留磁场大致为零，能够对操作者赋予稳定的操作触感。

另外，也能够代替使残留磁场大致为零的控制，而以使残留磁场成为大致恒定值的方式进行控制。由此，也能够对操作者赋予稳定的操作触感。在该控制中，当将残留磁通密度保持为恒定值、例如3mT以上时，能够防止在长时间未进行向励磁线圈50的电流施加时磁粘性流体160中的磁性颗粒在重力的作用下沉淀而使操作者受到的触感发生变化的情况。

这里，除了霍尔元件52以外，也可以设置通过机械、电磁、光学或其他方法来检测保持部20与操作部100的相对位置的检测部。该检测部例如是旋转编码器。另外，也可以是不设置磁测定部的结构。

<第一实施方式>

图8的(A)是示出第一实施方式的磁性盘状件170的结构的俯视图，图8的(B)是图8的(A)的磁性盘状件170的立体图，图8的(C)是图8的(A)的VIII-VIII’线的剖视图，且也同时示出周围的圆环部31、第二磁轭40以及环状构件60。图8的(D)是示出第一实施方式的变形例的结构的剖视图，且是与图8的(C)对应的位置的剖视图。图9是示出在使用了第一实施方式的实施例1～5的磁性盘状件与比较例的磁性盘状件的情况下，向线圈施加的施加电流(单位安培)与转矩产生装置的输出转矩(单位mNm)的关系的曲线。在图9中，比较例由空心的方形标记表示，各实施例由黑的圆标记表示。

如图8的(A)、(B)所示，磁性盘状件170与上述的磁性盘状件120同样地，由磁性材料构成，作为整体，是以与上下方向(图8的(A)的与纸面垂直的方向)正交的方式配置的具有圆形平面(上表面174、下表面175)的圆板状的构件。并且，与磁性盘状件120同样地，在圆形平面的中心设置有沿上下方向贯通的中央孔部171，在包围该中央孔部171的位置设置有沿上下贯通磁性盘状件170的多个贯通孔部172。

并且，磁性盘状件170具备沿着从其圆形平面的中心向外周缘176的径向设置的六个缺口部173。这些缺口部173作为转矩增大部，在作为径向的第二方向的外周区域，关于上述圆形平面的中心以等角度间隔配置，且以沿上下方向(磁性盘状件170的厚度方向)贯通的方式设置。由此，缺口部173成为将第二方向作为长度方向的长孔状的开口部。

缺口部173的形成可以与磁性盘状件170的圆板状构件的制造同时进行，但也可以在圆板状构件的制造之后，利用激光加工、蚀刻及其他方案来进行。另外，六个缺口部173形成为圆形平面的径向的长度以及周向的宽度彼此相同。这里，上述外周区域是指磁性盘状件中包括径向(第二方向)的外侧的区域，且包括在中心轴11的方向上投射励磁线圈50而得到的区域。

需要说明的是，上述缺口部173设置为沿上下贯通磁性盘状件170，但也可以不贯通磁性盘状件170而设为有底的凹部。该情况下的凹部可以设置于磁性盘状件170的上表面174和下表面175中的任一方，也可以设置于两方。

另外，如图8的(D)所示，在第一磁轭30的圆环部31与第二磁轭40中，在与磁性盘状件170的内周区域、即未设置缺口部173的区域对置的区域分别设置凹部30a、40a较佳。该凹部30a、40a沿上下凹陷设置，以使得增大圆环部31与磁性盘状件170的间隙以及第二磁轭40与磁性盘状件170的间隙。通过设置这种凹部30a、40a，从而能够得到以下的效果(1)、(2)。

(1)在磁性盘状件170中，由于在外周区域选择性或者集中地使磁通容易流动，因此在使磁场强度上升时容易使转矩增加。

(2)圆环部31与磁性盘状件170的间隙以及第二磁轭40与磁性盘状件170的间隙变大，因此能够使因磁粘性流体引起的粘性阻力降低。

需要说明的是，这些凹部也可以仅设置于圆环部31和第二磁轭40中的一方。

(实施例)

图9所示的实施例1～5与比较例中的缺口部的结构如下。这里，在实施例1～5与比较例中使用的磁性盘状件的圆形平面的外径(外周缘的直径)为45mm且共通。另外，实施例1～5的缺口部与图8的(A)～(C)所示的缺口部173同样地，在磁性盘状件的径向上从外周缘开始延伸到大致一半的位置这点上共通。并且，另外，实施例2、4、5与图8的(A)～(C)所示的缺口部173同样地，六个缺口部以等角度间隔设置。

实施例1：将沿上下贯通磁性盘状件的缺口部关于磁性盘状件的圆形平面的中心以等角度间隔设置有四个。缺口部的宽度(磁性盘状件的周向的宽度，以下相同)设为2mm。

实施例2：将沿上下贯通磁性盘状件的缺口部关于磁性盘状件的圆形平面的中心以等角度间隔设置有六个。缺口部的宽度设为2mm。

实施例3：将沿上下贯通磁性盘状件的缺口部关于磁性盘状件的圆形平面的中心以等角度间隔设置有八个。缺口部的宽度设为2mm。

实施例4：将沿上下贯通磁性盘状件的缺口部关于磁性盘状件的圆形平面的中心以等角度间隔设置有六个。缺口部的宽度设为1mm。

实施例5：将沿上下贯通磁性盘状件的缺口部关于磁性盘状件的圆形平面的中心以等角度间隔设置有六个。缺口部的宽度设为4mm。

比较例：不设置沿上下贯通磁性盘状件的缺口部。

在图9中，实施例1～5显示可以看成彼此相同程度的特性，另外，可知，与比较例相比，相对于相同的施加电流得到了较大的输出转矩。因此，可知通过设置缺口部，与不设置的情况(比较例)相比，能够产生较大的阻力(转矩)，制动转矩性能提高。认为这是由于如下原因，即，通过设置缺口部173从而在圆环部31与第二磁轭40之间的间隙的形状产生凹凸，由此例如，(1)在使磁性盘状件170以中心轴11为中心旋转时产生的剪切力在磁性盘状件170的周向上不一样，作为整体，剪切力变大，(2)在具有缺口部173的部分与不具有缺口部173的部分处磁性颗粒的簇的长度、密度不同，(3)在具有缺口部173的部分与不具有缺口部173的部分处磁力线的方向、密度不同，(4)在缺口部173沿磁性盘状件170的厚度方向贯通的情况下，形成有与通过缺口部173的磁通相应的磁性颗粒的簇，在使磁性盘状件170旋转时簇被切断等。

<第二实施方式>

图10的(A)是示出第二实施方式的磁性盘状件180的结构的俯视图，图10的(B)是图10的(A)的磁性盘状件180的立体图，图10的(C)是图10的(A)的X-X’线的剖视图，且也同时示出周围的圆环部31、第二磁轭40以及环状构件60。

如图10的(A)、(B)所示，磁性盘状件180与上述的磁性盘状件120、170同样地，由磁性材料构成，作为整体，是以与上下方向(图10的(A)的与纸面垂直的方向)正交的方式配置的具有圆形平面(上表面184、下表面185)的圆板状的构件。并且，与磁性盘状件120、170同样地，在圆形平面的中心设置有沿上下方向贯通的中央孔部181，在包围该中央孔部181的位置设置有沿上下贯通磁性盘状件180的多个贯通孔部182。

并且，磁性盘状件180具备沿着其圆形平面的周向设置为同心圆状的三个槽部183a、183b、183c。这些槽部183a、183b、183c作为转矩增大部，设置于作为径向的第二方向的外周区域，在第二方向上以等间隔且等宽度形成。槽部183a、183b、183c在第二方向上从外周缘186向内侧依次配置，各自从上表面184侧以及下表面185侧设置为有底槽状。由此，如图10的(C)所示，转矩增大部相对于上表面184以及下表面185形成为多个凹凸。槽部183a、183b、183c的形成可以与磁性盘状件180的圆板状构件的制造同时进行，但也可以在圆板状构件的制造之后，利用激光加工、蚀刻及其他方案来进行。

需要说明的是，上述槽部183a、183b、183c是通过将磁性盘状件180从上表面184和下表面185这两方向内侧分别凹陷设置而得到的，但也可以是仅从上表面184和下表面185中的任一方凹陷设置的结构。另外，槽部的条数、宽度并不限定于图10的(A)、(B)、(C)所示的例子。

另外，与第一实施方式同样地，当在第一磁轭30的圆环部31与第二磁轭40中，在与磁性盘状件170的内周区域对置的区域分别设置凹部时，能够减小不向励磁线圈50供给电流的状态下的阻力(初始转矩)。

并且，另外，也优选的是，还同时设置第一实施方式的缺口部173。由此，能够在圆环部31与第二磁轭40之间的间隙的形状进一步设置凹凸。

关于第二实施方式的结构的磁性盘状件180、以及未设置槽部183a、183b、183c的磁性盘状件，与图9同样地，在测定转矩产生装置相对于向线圈施加的施加电流的输出转矩之后，可知磁性盘状件180相对于相同的施加电流得到了较大的输出转矩。因此，可知通过设置槽部183a、183b、183c，与不设置的情况相比，能够产生较大的阻力(转矩)，制动转矩性能提高。认为这是由于如下原因，即，通过设置槽部183a、183b、183c从而在圆环部31与第二磁轭40之间的间隙的形状产生凹凸，由此例如(1)在使磁性盘状件180以中心轴11为中心旋转时产生的剪切力在磁性盘状件180的径向上不一样，作为整体，剪切力变大，(2)在具有槽部183a、183b、183c的部分与不具有槽部183a、183b、183c的部分处磁性颗粒的簇的长度、密度不同，(3)在具有槽部183a、183b、183c的部分与不具有槽部183a、183b、183c的部分处磁力线的方向、密度不同等。

<第三实施方式>

图11的(A)是示出第三实施方式的磁性盘状件190的结构的俯视图，图11的(B)是图11的(A)的磁性盘状件190的立体图，图11的(C)是图11的(A)的XI-XI’线的剖视图，且也同时示出周围的圆环部31、第二磁轭40以及环状构件60。

如图11的(A)、(B)所示，磁性盘状件190与上述的磁性盘状件120、170、180同样地，由磁性材料构成，作为整体，是以与上下方向(图11的(A)的与纸面垂直的方向)正交的方式配置的具有圆形平面(上表面194、下表面195)的圆板状的构件。并且，与磁性盘状件120、170、180同样地，在圆形平面的中心设置有沿上下方向贯通的中央孔部191。

并且，磁性盘状件190具备设置于其圆形平面的径向内侧的凹部193。该凹部193在作为径向的第二方向(从中心向外周缘196的方向)的内周区域从上表面194以及下表面195向上下方向内侧呈有底状凹陷设置。这里，在图11的(A)、(B)中，对未设置凹部193的外周区域的上表面194标记斜线而示出。由此，如图11的(C)所示，磁性盘状件190在外周区域与内周区域处形成有凹凸，比凹部193厚的外侧区域作为转矩增大部发挥功能。凹部193的形成可以与磁性盘状件190的圆板状构件的制造同时进行，但也可以在圆板状构件的制造之后，利用激光加工、蚀刻及其他方案来进行。

需要说明的是，上述凹部193是通过将磁性盘状件190从上表面194和下表面195这两方向内侧分别凹陷设置而得到的，但也可以是仅从上表面194和下表面195中的任一方凹陷设置的结构。另外，径向上的槽部的尺寸并不限定于图11的(A)、(B)、(C)所示的例子。

另外，与第一实施方式同样地，当在第一磁轭30的圆环部31与第二磁轭40中，在与磁性盘状件190的内周区域对置的区域分别设置凹部时，能够减小不向励磁线圈50供给电流的状态下的阻力(初始转矩)。

并且，另外，也优选的是，还同时设置第一实施方式的缺口部173。由此，能够在圆环部31与第二磁轭40之间的间隙的形状进一步设置凹凸。

关于第三实施方式的结构的磁性盘状件190、以及未设置凹部193的磁性盘状件，与图9同样地，在测定转矩产生装置相对于向线圈施加的施加电流的输出转矩之后，可知磁性盘状件190相对于相同的施加电流得到了较大的输出转矩。因此，可知通过设置凹部193，与不设置的情况相比，能够产生较大的阻力(转矩)，制动转矩性能提高。认为这除了与第一实施方式相同的理由以外，还由于如下原因，即，能够相对地增大内周区域中的第一磁轭30与第二磁轭40的间隙，由此，在不设置凹部193而间隙较小的外周区域(磁场集中部(图11的(A)、(B)中的斜线部分))磁通密度增高。

并且，当将磁性盘状件190与未设置凹部193的磁性盘状件进行比较时，可知在设置有凹部193的区域，磁性盘状件190变薄，磁性盘状件190比较能够减小初始转矩。

<第四实施方式>

图12的(A)是示出第四实施方式的磁性盘状件200的结构的俯视图，图12的(B)是图12的(A)的磁性盘状件200的立体图，图12的(C)是图12的(A)的XII-XII’线的剖视图，且也同时示出周围的圆环部31、第二磁轭40以及环状构件60。

在第四实施方式的磁性盘状件200中，与第三实施方式的凹部193同样地，在径向(第二方向)的内周区域设置有凹部203d，并且与第二实施方式的槽部183a、183b、183c同样地，在径向(第二方向)的外周区域以等间隔设置有三个有底的槽部203a、203b、203c作为转矩增大部。

这里，磁性盘状件200与上述的磁性盘状件120、170、180同样地，由磁性材料构成，作为整体，是以与上下方向(图12的(A)的与纸面垂直的方向)正交的方式配置的具有圆形平面(上表面204、下表面205)的圆板状的构件。在该圆形平面的中心设置有沿上下方向贯通的中央孔部201，在包围该中央孔部201的位置设置有沿上下贯通磁性盘状件200的多个贯通孔部202。

根据这种结构，通过设置槽部203a～203c，与不设置的情况相比，能够产生较大的阻力(转矩)，制动转矩性能提高。并且，通过设置凹部203d，能够减小初始转矩。即，通过具备上述的结构，从而成为在未施加电流的状态下转矩小而在施加有电流时对施加电流的响应性高且高效的转矩产生装置。

参照上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在改进的目的或者本发明的思想的范围内进行改进或者变更。例如，在上述的实施例中盘状件外径为45mm，但并不限定于此，转矩装置的盘状件外径也可以是米级尺寸。由于即使盘状件外径变大也能够使转矩产生装置相对地小型化，因此在本发明的转矩产生装置中，能够增大装置的每单位体积的制动转矩。

工业上的可利用性

如以上那样，本发明的转矩产生装置在能够适于小型化并且得到大的剪切力的方面有用。

附图标记说明

10 转矩产生装置

11 中心轴

20 保持部

30 第一磁轭

30a 凹部

31 圆环部

32 圆筒部

33 阶梯部

34 内周面

35 底面

40 第二磁轭

40a 凹部

41 上表面

42 槽

43 孔部

50 励磁线圈(磁场产生部)

51 连接构件

52 霍尔元件(磁测定部)

60 环状构件

70 第三磁轭

71 内周面

72 空间

73 贯通孔

74 上壁部

75 侧壁部

80、81、82 间隙

100 操作部

110 轴体部(操作轴)

111 轴部(操作轴)

112 槽部

113 前端部

114、115 结合孔部

120 磁性盘状件

121 中央孔部

122 贯通孔部

124 上表面

125 下表面

126 外周缘

130 控制部

140 支承构件

150 径向轴承

160 磁粘性流体

170 磁性盘状件

171 中央孔部

172 贯通孔部

173 缺口部(开口部)

174 上表面

175 下表面

176 外周缘

180 磁性盘状件

181 中央孔部

182 贯通孔部

183a、183b、183c 槽部

184 上表面

185 下表面

186 外周缘

190 磁性盘状件

191 中央孔部

193 凹部

194 上表面

195 下表面

196 外周缘

200 磁性盘状件

201 中央孔部

202 贯通孔部

203a、203b、203c 槽部

203d 凹部

204 上表面

205 下表面

206 外周缘

G 磁隙。

Claims (10)

1.一种转矩产生装置，其特征在于，

所述转矩产生装置具备：

磁性盘状件，其能够以旋转轴为中心进行旋转动作；

第一磁轭及第二磁轭，它们在与所述旋转轴平行的第一方向上分别配置于夹着所述磁性盘状件的两侧；

磁粘性流体，其填充于所述磁性盘状件与所述第一磁轭及所述第二磁轭之间；

线圈，其配置为在沿着所述第一方向的方向观察时与所述磁性盘状件重叠；以及

第三磁轭，其至少在所述磁性盘状件及所述线圈的外侧具有接近所述磁性盘状件的区域，且与所述第一磁轭及所述第二磁轭一起构成所述线圈产生的磁场的磁路，

所述磁性盘状件在与所述第一磁轭对置的面和与所述第二磁轭对置的面中的至少任一方具有转矩增大部，

所述转矩增大部在所述磁性盘状件中设置于作为与所述第一方向垂直的径向的第二方向的外周区域，且所述转矩增大部与比所述外周区域靠内侧的内周区域相比，使对所述磁粘性流体的簇的剪切力较大，

所述第三磁轭在与所述第一磁轭之间形成有磁隙，

所述磁隙在沿着所述第一方向观察时，形成于比所述磁性盘状件的外周缘靠外侧的位置，

所述第二磁轭的外周面与所述第三磁轭的侧壁面接触，

所述第一磁轭的上部与所述第三磁轭的上壁部接触，

所述线圈卷绕于所述第一磁轭，

所述磁隙在沿着中心轴的所述第一方向上从所述线圈的底面延伸至所述第二磁轭的上表面。

2.根据权利要求1所述的转矩产生装置，其中，

所述第一磁轭在所述线圈与所述磁性盘状件之间具备在沿着所述第一方向观察时与所述线圈以及所述磁性盘状件重叠的圆环部，

所述第一磁轭具有圆筒部，所述圆筒部从所述圆环部的上表面呈与所述圆环部同心状地向上侧延伸，所述圆筒部的外径比所述圆环部的外径小，所述线圈的内周沿着所述圆筒部的外周面，

沿着所述第一磁轭的所述圆环部的外周面固定有非磁性的环状构件，

所述环状构件的外周面与所述第三磁轭的内周面相接，

所述环状构件在俯视下具有与所述线圈相同的外径的圆形形状，

所述环状构件的下表面形成与所述第一磁轭的底面平齐的面。

3.根据权利要求1或2所述的转矩产生装置，其中，

所述转矩增大部具有沿所述磁性盘状件的厚度方向贯通的开口部。

4.根据权利要求3所述的转矩产生装置，其中，

所述开口部为将所述第二方向作为长度方向的长孔。

5.根据权利要求1或2所述的转矩产生装置，其中，

所述转矩增大部形成为所述磁性盘状件的厚度方向上的凹凸。

6.根据权利要求5所述的转矩产生装置，其中，

所述转矩增大部具备所述凹凸设置为以所述旋转轴为中心的同心圆状的结构。

7.根据权利要求1或2所述的转矩产生装置，其中，

与所述磁性盘状件的内周区域相比，所述转矩增大部的与所述第一磁轭以及所述第二磁轭之间的间隙较小。

8.根据权利要求7所述的转矩产生装置，其中，

所述第一磁轭以及所述第二磁轭在与所述磁性盘状件的所述内周区域对置的区域具有增大与所述磁性盘状件之间的间隙的凹部。

9.根据权利要求1或2所述的转矩产生装置，其中，

在与所述旋转轴正交的面内，所述磁性盘状件的外周缘与所述第三磁轭的外侧面之间的距离不恒定。

10.根据权利要求9所述的转矩产生装置，其中，

所述第三磁轭俯视下呈大致四边形。

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