CN112543900A - 操作装置以及操作装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的操作装置能够在抑制控制所消耗的成本的同时，获得要求的一定的初始扭矩，该操作装置具备的磁场产生单元具有通过通电而生成磁场的线圈、和形成相对于穿过转子的磁场的磁路的磁轭，控制部具备磁化单元以及旋转扭矩控制单元，磁化单元向线圈通电，以使得将磁轭的残留磁场设为规定大小，旋转扭矩控制单元与磁轭的残留磁场的量相应地调整向线圈通电的电流值，在扭矩控制单元中向线圈通电的电流值的最大值的绝对值小于在磁化单元中通电的电流值的绝对值。

Description

操作装置以及操作装置的控制方法

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操作装置以及操作装置的控制方法。

背景技术

专利文献1所记载的制动器具备转子、连接为抑制与转子之间的相对旋转的传动轴、具有第1以及第2壳体室的壳体和至少与转子的作业部分接触的能够控制的材料。在第1壳体室能够旋转地收容转子，在第2壳体室置入有磁场产生器和电子装置。该电子装置具备检测转子的相对旋转位置的传感器，并将磁场产生器控制为施加具有由转子的相对旋转位置决定的强度的磁场。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2005-507061号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1所述的制动器中，通过上述传感器来检测传动轴和转子的旋转，并根据该检测结果控制施加在磁场产生器的线圈的电流。然而，虽然在使施加电流变化以施加较强的制动力时问题较少，但在通过较弱的制动力来控制操作触感的情况下，有未向线圈通电时的扭矩(初始扭矩)的变动成为操作触感的不适感的课题。在为了抑制初始扭矩的变动而追加了测定磁场的磁传感器的反馈控制中，需要复杂的控制电路，此外，由于需要将磁传感器设置在合适的位置处、需要磁传感器的布线等，从而部件·制造成本增大，此外，有在结构构件的配置上产生制约的担扰。

因此，本发明的目的在于，提供作为使用磁粘性流体的操作装置，能够在抑制控制所消耗的成本的同时，获得要求的一定的初始扭矩的操作装置以及操作装置的控制方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的操作装置的特征在于，具备：操作构件，被能够旋转地支承；转子，与操作构件一体地旋转；磁场产生单元，生成穿过转子的磁场；磁粘性流体，与转子接触地设置，利用穿过转子的磁场的作用赋予相对于旋转的阻力；和控制部，控制磁场产生单元，在该操作装置中，磁场产生单元具有通过通电而生成磁场的线圈、和形成相对于穿过转子的磁场的磁路的磁轭，控制部具备磁化单元以及旋转扭矩控制单元，磁化单元向线圈通电，以使得将磁轭的残留磁场设为规定大小，旋转扭矩控制单元与磁轭的残留磁场的量相应地调整向线圈通电的电流值，在旋转扭矩控制单元中向线圈通电的电流值的最大值的绝对值小于在磁化单元中通电的电流值的绝对值。

由此，不需要设置磁传感器以反馈控制，因而能够抑制控制所消耗的成本。此外，通过磁化单元而向线圈通电，以使得将磁轭的残留磁场设为规定大小，进一步地，在旋转扭矩控制单元中向线圈通电的电流值的最大值的绝对值小于在磁化单元中通电的电流值的绝对值，由此能够获得基于磁轭中使用的材料所特有的滞后特性的要求的一定的初始扭矩。由此，能够稳定地控制操作触感。

在本发明的操作装置中，优选为，磁化单元通过向线圈进行通电，从而将磁轭设为饱和状态，由此将上述规定大小设为饱和残留磁化的大小。

通过像这样设定上述规定大小，能够将残留磁场确定为磁轭中使用的材料所特有的数值。因此，能够容易且可靠地获得要求的一定的初始扭矩。

在本发明的操作装置中，优选为，控制部在操作装置的启动时执行由磁化单元进行的向线圈的通电。

由此，能够在使用者进行操作之前，将磁轭设定为给定磁化，并能够将穿过转子的残留磁通设定为给定值，因而能够稳定地使初始扭矩为一定值。

在本发明的操作装置中，优选为，旋转扭矩控制单元使向线圈通电的电流值发生偏移，以使得穿过转子的磁通为零，并且使最小扭矩接近于零。

由此，即使基于磁轭的残留磁场的初始扭矩较大，也能够抑制用者感觉到的阻力，从而提高操作性。

本发明的操作装置的控制方法的特征在于，所述操作装置具备：操作构件，被能够旋转地支承；转子，与操作构件一体地旋转；磁场产生单元，生成穿过转子的磁场；磁粘性流体，与转子接触地设置，利用穿过转子的磁场的作用赋予相对于旋转的阻力，磁场产生单元具有通过通电而生成磁场的线圈、和形成相对于穿过转子的磁场的磁路的磁轭，操作装置的控制方法具备：向线圈进行通电，以使得将磁轭的残留磁场设为规定大小的磁化步骤；与磁轭的残留磁场的量相应地调整向线圈通电的电流值的旋转扭矩控制步骤，在所述旋转扭矩控制步骤中，使向线圈通电的电流值的最大值的绝对值小于在磁化步骤中通电的电流值的最大值的绝对值。

由此，不需要设置磁传感器并进行反馈控制，因而能够抑制控制所消耗的成本。此外，利用磁化单元向线圈通电以使得将磁轭的残留磁场设为规定大小，由此能够基于磁轭中使用的材料所特有的磁滞曲线，获得要求的一定的初始扭矩。

发明效果

基于本发明，能够提供能够在抑制控制所消耗的成本的同时，获得要求的一定的初始扭矩的操作装置以及这样的操作装置的控制方法。

附图说明

图1的(A)是从上侧观察操作装置的基本方式的立体图，(B)是从下侧观察图1的(A)的操作装置的立体图。

图2是从上侧观察图1的(A)、(B)所示的操作装置的分解立体图。

图3是从下侧观察图1的(A)、(B)所示的操作装置的分解立体图。

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

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

图6是图4的(A)的局部放大图。

图7的(A)是示出实施方式中的磁性盘状件的结构的俯视图，(B)是(A)的磁性盘状件的立体图，(C)是(A)的VII-VII’线处的剖视图。

图8是图1的(A)、(B)所示的操作装置的功能框图。

图9是示出磁性体的磁滞曲线的曲线图。

图10是示出由磁化单元进行的磁化以及偏移的控制时的MRF发挥扭矩的变化的曲线图。

图11是示出磁化成为饱和状态之后的相对于线圈的施加电流与MRF发挥扭矩的关系的曲线图。

图12是示出本实施方式的操作装置的处理的流程的例子的流程图。

图13是示出旋转扭矩控制步骤中的向励磁线圈的施加电流与MRF发挥扭矩的关系的曲线图。

图14是示出旋转扭矩控制步骤中的向励磁线圈的施加电流与MRF发挥扭矩的关系的曲线图。

图15是示出以往的操作装置的反馈控制中的向线圈的施加电流与MRF发挥扭矩的关系的曲线图。

具体实施方式

<基本方式>

一边参照附图，一边对本实施方式所涉及的操作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的形状作为上表面124和下表面125为平坦的大致圆板状来进行说明，但具体的实施方式中的磁性盘状件170(图7)的形状在后面叙述。

图1的(A)是从上侧观察基本方式所涉及的操作装置10的立体图，(B)是从下侧观察操作装置10的立体图。图2和图3是操作装置10的分解立体图。图2是从上侧观察的分解立体图，图3是从下侧观察的分解立体图。图4的(A)、(B)是沿着图1的(A)的IV-IV’线的剖视图，(B)是概念性地示出励磁线圈50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，(B)是概念性地示出励磁线圈50产生的磁场的图。图6是图4的(A)的局部放大图。

在图1的(A)至图6中，为便于说明，沿着中心轴11规定了上下方向，但不限制实际的使用时的方向。将沿着中心轴11的方向称为第1方向，将从中心轴11起与中心轴11正交的直径方向称为第2方向。在以下的说明中，有时将沿着中心轴11而从上侧观察下侧的状态称为俯视。此外，在图2和图3中，省略了一部分的螺丝、磁粘性流体的显示。

如图1的(A)、图1的(B)所示，操作装置10具备保持部20和操作部100。操作部100包括作为操作构件的轴体部110和与轴体部110一体地旋转的磁性盘状件120(转子)，以中心轴11(旋转轴)为中心在两个方向上能够进行旋转动作地被保持部20支承。操作部100经由支承构件140和径向轴承150，在能够旋转的状态下被保持部20支承(图2)。进一步地，如图4～图6所示，在设置于操作装置10内的间隙80，充满了磁粘性流体(MRF)160。

保持部20包括第1磁轭30、第2磁轭40、励磁线圈50、环状构件60以及作为上部箱体的第3磁轭70。第1磁轭30、第2磁轭40、第3磁轭70被单独地加工而形成。不过，也可以组合第1磁轭30、第2磁轭40、第3磁轭70中的任意者而一体地形成。

如图2所示，第1磁轭30具备圆环部31、和一体地设置为从圆环部31的上表面与圆环部31同心状地向上侧延伸的圆筒部32。圆环部31和圆筒部32在俯视下形成以中心轴11为中心的圆形状，关于其外径，圆筒部32比圆环部31更小。通过圆环部31和圆筒部32的外径的差异，从而在圆筒部32的外周面32a的外侧形成台阶部33。此外，第1磁轭30具有以中心轴11为中心的俯视呈圆形状的内周面34。内周面34沿着中心轴11贯穿圆环部31和圆筒部32，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1磁轭30的台阶部33配设有作为磁场产生部的励磁线圈50。励磁线圈50形成如内周50a沿着圆筒部32的外周面32a那样的圆环状，外周50b在直径方向上与圆环部31的外周面31a相比位于更外侧。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是包括缠绕为绕着中心轴11的周围的导线的线圈。在励磁线圈50电连接有连接构件51，针对从第3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。如果向励磁线圈50供给电流，则产生磁场。

在第1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，用合成树脂等非磁性材料构成。固定在第1磁轭30的状态的环状构件60在俯视下，具有外径与配设在台阶部33的励磁线圈50大致相同的圆形状。如图6所示，环状构件60的下表面61与第1磁轭30的底面35形成大致相同的面，该面沿着与中心轴11正交的方向延伸。环状构件60的直径方向的厚度成为能够阻碍励磁线圈50产生的磁场通过环状构件60而在直径方向上通过的厚度。此外，环状构件60的直径方向的厚度也可以上下变化。

如图2所示，第2磁轭40呈圆板状，配设在第1磁轭30的下方。第2磁轭40具有沿着中心轴11的与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而在上方开口的环状的槽42。在槽42的中央形成有在上下方向上贯通第2磁轭40的孔部43。如图6所示，在孔部43内插入有在上下方向上延伸的支承构件(枢轴支承构件)140，该支承构件140通过固定在第2磁轭40的下表面44的保持具141而固定在第2磁轭40。支承构件140具有作为向上侧打开的凹部的接受部140a，用该接受部140a自由旋转地支承轴体部110的前端部113。

另外，磁轭30、40的平面形状也可以不一定是圆形。此外，磁轭的分割既可以是如上述的第1磁轭30和第2磁轭40那样的组合，也能够根据分割位置设为矩形状的平面形状。

如图6所示，第1磁轭30的底面35以及环状构件60的下表面61和第2磁轭40的上表面41被设为互相大致平行，在底面35与上表面41之间形成有间隙80。

如图3所示，第3磁轭70具有将以下的(1)、(2)和(3)收容在内部的空间72：(1)励磁线圈50、第1磁轭30以及环状构件60；(2)连接构件51；(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形成俯视呈圆形状，通过配置第2磁轭40而将下部封闭。空间72被第3磁轭70的上壁部74和侧壁部75包围。如图1的(A)、(B)所示，第3磁轭70为俯视大致四边形，而空间72是如上述那样的俯视呈圆形状。因此，侧壁部75的俯视形状、即第3磁轭70的侧壁部75的外侧面的俯视形状为第3磁轭70的角部较厚、边部较薄。

第2磁轭40通过在直径方向上贯通第3磁轭70的侧壁部75的螺丝(未图示)固定于第3磁轭70。由此，第2磁轭40的外周面45以与第3磁轭7的侧壁部75接触的状态被固定，第2磁轭40与第3磁轭70互相磁性连接(参照图6)。另外，第2磁轭40和第3磁轭70的固定也能够通过螺丝以外的单元、例如焊接来进行。

通过使用第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70能够形成使励磁线圈50产生的磁场为闭环的磁路(磁回路)。

在此，第1磁轭30、第2磁轭40、第3磁轭70以及励磁线圈50构成生成通过作为转子的磁性盘状件120的磁场的磁场产生单元。

如图4的(A)、(B)所示，第3磁轭70和第1磁轭30用上下贯通第3磁轭70的上壁部74的多个螺丝90互相固定。由此，第1磁轭30的上部和第3磁轭70的上壁部74以接触的状态被固定，在该区域中，第1磁轭30和第3磁轭70被磁性连接。

另一方面，在第1磁轭30的圆环部31的外周面31a，固定有包含非磁性材料的环状构件60，该环状构件60的外周面与第3磁轭70的内周面71相接。因此，第1磁轭30的圆环部31和第3磁轭70的侧壁部75在与中心轴11正交的方向上通过环状构件60隔离，从而形成磁空隙G。该磁空隙G在沿着中心轴11的第1方向上，从励磁线圈50的底面延伸到第2磁轭40的上表面41为止。

此外，磁空隙G在作为直径方向的第2方向上，与配置在第1磁轭30和第2磁轭40的间隙80内的磁性盘状件120的外周缘126、和第3磁轭70的内周面71的间隙对应。通过设置磁空隙G，能够将励磁线圈50产生的磁场的磁通规制为从第1磁轭30的圆环部31向第3磁轭70的侧壁部75、此外从磁性盘状件120向第3磁轭70的侧壁部75、沿着与中心轴11正交的方向而穿过。在第3磁轭70，通过磁空隙G在磁性盘状件120与励磁线圈50的外侧形成了与磁性盘状件120接近的区域。

在以上的结构中，如果向励磁线圈50施加电流，则形成具有用图4的(B)的箭头概略性地示出的方向的流向的磁场。此外，如果相对于励磁线圈50反向地施加电流，则形成与图4的(B)反向的流向的磁场。在图4的(B)所示的例子中，磁通沿着中心轴11的方向从第1磁轭30向第2磁轭40侧横穿磁性盘状件120，该磁通在第2磁轭40中向远离中心轴11的方向行进，在第3磁轭70的侧壁部75中沿着中心轴11的方向从下向上行进。

进一步地，在第3磁轭70的上壁部74，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1磁轭30的圆筒部32侧行进，在励磁线圈50的内侧朝下行进，并再次横穿磁性盘状件120而到达第2磁轭40。

在这样的磁路的磁场中，由于形成有磁空隙G，因而规制为磁通从圆环部31以及磁性盘状件120向第3磁轭70的侧壁部75穿过。此外，由于第2磁轭40和第3磁轭7的侧壁部75被磁性地连接，因而可确保从第2磁轭40穿过侧壁部75的磁路。进一步地，如上述那样，侧壁部75的俯视形状变得第3磁轭70的角部较厚且边部较薄，因而能够特别地在与角部对应的侧壁部75中确保较宽的磁路，可沿着该磁路可靠地生成磁场(参照图5的(B))。另外，在此，示出了第3磁轭70为俯视大致四边形的例子，但只要能够确保磁路，则也可以是俯视圆形、其他形状。

第3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在上下方向上贯通第3磁轭70。该贯通孔73内的空间在上下方向上与被第1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，轴体部110是沿着中心轴11而上下延伸的棒状材料，具有上侧的轴部111和相比于轴部111设置在更下侧的槽部112。槽部112在外周面设置有以中心轴11为中心的槽。设置在槽部112的下表面中央的前端部113具有越向下则尖端变得越细的形状。

如图3所示，作为转子的磁性盘状件120用磁性材料构成，是具有配置为与上下方向正交的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，设置有在上下方向上贯通的中央孔部121，在包围该中央孔部121的位置处，设置有上下贯通磁性盘状件120的多个贯通孔部122。磁性盘状件120通过将从下方插通于贯通孔部122内的螺丝91的轴部嵌入于轴体部110的槽部112内，从而相对于轴体部110而被固定，由此，与作为操作构件的轴体部110变为一体且能够旋转。

另外，作为转子，不限定于如磁性盘状件120那样的圆板状的形状。只要具有与轴体部110成为一体而旋转，并且通过磁粘性流体160赋予阻力的结构，也能够设为圆板以外的形状。

如图4的(A)、(B)所示，轴体部110的轴部111被径向轴承150自由旋转地支承，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而由支承构件(枢轴支承构件)140枢轴支承。径向轴承150通过第3磁轭70以及第1磁轭30被支承在上下方向的给定位置。在槽部112的槽安装有O型密封圈116。由此，轴体部110在维持与第1磁轭30的密接性的同时，相对于第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70并以中心轴11为中心而被能够旋转地支承。轴部111的上部露出于第3磁轭70的上方，在轴部111的露出部分，设置有用于将输入操作所需要的构件与轴体部110结合的结合孔部114、115。

如图4～图6所示，磁性盘状件120在第1磁轭30与第2磁轭40之间的间隙80中，配设为在与中心轴11正交的方向上延伸。由此，磁性盘状件120在沿着中心轴11的方向上，被配置为与励磁线圈50互相重复。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。在此，磁性盘状件120和励磁线圈50只要在沿着中心轴11的方向上，被配置为至少一部分重复即可。如图6所示，磁性盘状件120作为在沿着中心轴11的第1方向上垂直地彼此互相对置的2个面而具有上表面124和下表面125。在磁性盘状件120的上表面124与第1磁轭30的底面35之间存在间隙81，此外，在磁性盘状件120的下表面125与第2磁轭40的上表面41之间存在间隙82。进一步地，磁性盘状件120的外周缘126和第3磁轭70的侧壁部75通过磁空隙G隔离。

磁性盘状件120通过对轴体部110进行旋转操作而相对于第1磁轭30以及第2磁轭40相对地旋转时，磁性盘状件120的上表面124与第1磁轭30的底面35之间的上下方向的距离保持为大致一定，磁性盘状件120的下表面125与第2磁轭40的上表面41之间的上下方向的距离保持为大致一定，进一步地，磁性盘状件120的外周缘126和侧壁部75的内周面71的直径方向的距离也维持为大致一定。

如图4～图6所示，在磁性盘状件120的周围的间隙80充满了磁粘性流体160。因此，在被磁性盘状件120的上表面124和第1磁轭30的底面35夹着上下方向的间隙81存在磁粘性流体160，并且，在被磁性盘状件120的下表面125和第2磁轭40的上表面41夹着上下方向的间隙82也存在磁粘性流体160。进一步地，在被磁性盘状件120的外周缘126和第3磁轭70的侧壁部75夹着直径方向的空间(磁空隙G)也存在磁粘性流体160。磁性盘状件120的周围的间隙80被轴体部110、O型密封圈116、支承构件140、第1磁轭30、第2磁轭40、第3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。

在此，磁粘性流体160也可以不填充间隙80的全部。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侧中的任意一者。此外，磁粘性流体160除注入到间隙80内进行充填之外，还可以通过涂敷在磁性盘状件120的上表面124、下表面125、圆环部31的底面35、第2磁轭40的上表面41、环状构件60的下表面61、第3磁轭70的内周面71等而配置在间隙80内。

磁粘性流体160是当施加磁场时则粘度发生变化的物质，例如是在非磁性的液体(溶剂)中分散包含磁性材料的粒子(磁性粒子)而得到的流体。作为磁粘性流体160所包括的磁性粒子，例如优选为含有碳的铁系的粒子、铁素体粒子。作为含有碳的铁系的粒子，例如优选为碳含有量为0.15％以上。磁性粒子的直径例如优选为0.5μm以上，进一步优选为1μm以上。关于磁粘性流体160，优选为选定溶剂和磁性粒子，以使得磁性粒子变得难以由于重力而沉淀。进一步地，磁粘性流体160优选为包括防止磁性粒子的沉淀的耦联材料。

如果针对励磁线圈50而施加电流，则如上述那样，产生如图4的(B)所示的那样的磁场，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，无论产生还是不产生沿着直径方向的磁通，其磁通密度都是微不足道的。通过该磁场，在第2磁轭40中产生沿着直径方向的磁力线，在第3磁轭70的侧壁部75中，产生与磁性盘状件120中的磁力线反向且沿着上下方向的方向的磁力线。进一步地，在第3磁轭70的上壁部74中，产生与第2磁轭40中的磁力线反向且沿着直径方向的方向的磁力线。

在磁粘性流体160中，如果向励磁线圈50施加电流以使磁场产生，则向磁粘性流体160施加沿着上下方向的磁场。通过该磁场，分散在磁粘性流体160中的磁性粒子沿着磁力线聚集，并且沿着上下方向排列的磁性粒子磁性地互相连结，从而形成簇。在该状态下，如果施加使得在以中心轴11为中心的方向上使轴体部110旋转的力，则剪切力作用于被连结的磁性粒子，从而产生由这些磁性粒子带来的阻力(扭矩)。因此，与不使磁场产生的状态相比，能够让操作者感受到阻力。

相对于此，在不产生由励磁线圈50带来的磁场时，磁性粒子不形成簇而分散在溶剂内。因此，如果操作者操作轴体部110，则保持部20不受到较大的阻力，而相对于操作部100相对地旋转。或者，在不向励磁线圈50通电的状态下，在磁轭内有残留磁场时，与基于该残留磁场的磁通相应地在轴体部110残留有阻力扭矩。

如以上描述的那样，使用了从轴体部110向直径方向外侧圆板状地延展的磁性盘状件120，因而如果与仅有轴体部110的情况相比，则能够在较大的范围内配置磁粘性流体160。进一步地，磁粘性流体160的阻力的大小与被第1磁轭30的底面35或第2磁轭40的上表面41夹着上下方向的磁粘性流体160的配置范围的宽窄有关。特别地，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带来的阻力的大小，与正交于其旋转方向的面的磁粘性流体160的面积有关。由此，磁粘性流体160的配置范围越宽，则越能够使阻力(扭矩)的控制宽度扩宽。

<磁性盘状件的结构>

图7的(A)是示出本实施方式中的磁性盘状件170(转子)的结构的俯视图，(B)是(A)的磁性盘状件170的立体图，(C)是(A)的VIII-VIII’线处的剖视图，也同时示出了周围的圆环部31、第2磁轭40以及环状构件60。

如图7的(A)、(B)所示，磁性盘状件170与上述的磁性盘状件120同样，用磁性材料构成，并且作为整体，具有配置为与上下方向(图7的(A)的纸面垂直的方向)正交的圆形平面(上表面174、下表面175)的圆板状的构件。进一步地，与磁性盘状件120同样，在圆形平面的中心，设置有在上下方向上贯通的中央孔部171，在包围该中央孔部171的位置处，设置有上下贯通磁性盘状件170的多个贯通孔部172。

另外，也可以是，在磁性盘状件120、170分别未设置中央孔部121、171，而通过焊接将磁性盘状件120、170和轴体部110互相固定。

进一步地，磁性盘状件170具备沿着从其圆形平面的中心朝向外周缘176的直径方向而设置的6个切口部173。这些切口部173作为扭矩增大部而设置为在作为直径方向的第2方向的外周区域中，与上述圆形平面的中心相关地等角度间隔地配置，并且在上下方向(磁性盘状件170的厚度方向)上贯通。由此，切口部173被设为将第2方向设为长度方向的长孔状的开口部。

切口部173的形成也可以与磁性盘状件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，通过激光加工、蚀刻、其他手段进行。此外，6个切口部173形成为圆形平面的直径方向的长度以及周方向的宽度成为彼此相同。在此，所谓上述外周区域，是在磁性盘状件170中包括直径方向(第2方向)的外侧的区域，在中心轴11的方向上包括投影有励磁线圈50的区域。

另外，上述切口部173设置为上下贯通磁性盘状件170，但也可以作为不使磁性盘状件170贯通的有底的凹部而设置。该情况下的凹部既可以设置在磁性盘状件170的上表面174和下表面175的任意一者，也可以设置于两者。

<控制部·控制方法>

图8是操作装置10的功能框图。操作装置10具备上述的励磁线圈50、和经由连接构件51与励磁线圈50连接的控制部130。控制部130通过控制施加到励磁线圈50的电流值，从而控制励磁线圈50生成的磁通以及相对于该磁通的磁路。由此，可控制穿过磁粘性流体160以及磁性盘状件170(磁性盘状件120)的磁通，通过所控制的磁通的作用而分散在磁粘性流体160中的磁性粒子沿着磁力线而聚集，沿着上下方向排列的磁性粒子磁性地互相连结，以形成簇。在该状态下，如果在以中心轴11为中心的方向上施加使轴体部110旋转的力，则剪切力作为于被连结的磁性粒子，并产生由这些磁性粒子带来的阻力(扭矩)，因而能够控制轴体部110的操作者感觉到的阻力。

进一步地，控制部130作为磁化单元，针对励磁线圈50而进行通电，以使得将第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的残留磁场设为规定大小(磁通密度)。在磁性盘状件170中，基于依赖于第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的滞后特性而产生的残留磁场，生成穿过磁性盘状件170的残留磁通。另外，也可以与励磁线圈50另外地、或使励磁线圈50为分割线圈，从而设置磁化单元专用线圈。

此外，控制部130作为旋转扭矩控制单元，与第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的残留磁场的量相应地调整向励磁线圈50通电的电流值。该调整中的电流值的最大值(绝对值)设定为小于作为磁化单元而进行通电的电流值的绝对值。

在以下的说明中，将穿过磁粘性流体160以及磁性盘状件170(磁性盘状件120)的残留磁通称为穿过磁性盘状件120的残留磁通。

图9是示出磁性体的磁滞曲线的曲线图，横轴示出了磁场，纵轴示出了放置在该磁场中的磁性体的磁化(磁通密度)。在本实施方式中，第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70是相同的磁性体，在例如由相同的软铁材料构成的情况下，如果在励磁线圈50中生成图9的横轴所示的磁场，则放置在该磁场中的第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70一起产生如图9的曲线所示的磁化(磁通密度)的变化，从而产生依赖于滞后特性而产生的残留磁场。基于该残留磁场生成穿过磁性盘状件120的残留磁通。

另外，图9～图11是概念性地示出磁化(磁通密度)或扭矩的曲线图。

如图9所示，如果使磁场从零起变强，则磁化达到饱和状态(饱和磁化)(曲线L1(实线))，磁性体中的磁通密度变为饱和磁通密度Bs。达到饱和时的磁化(磁通密度)即使在饱和后使磁场接近零也几乎残留，从而磁轭的残留磁场的大小(残留磁通密度)变为Br(曲线L2(实线))。在本实施方式中，作为磁化单元的控制部130优选为到第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70变为饱和状态为止，向励磁线圈50施加电流。由此，第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的磁化达到上述饱和磁化，因而第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70中的残留磁场被设定为规定大小(饱和残留磁化)(操作装置的控制方法中的磁化步骤)。

在此，磁化步骤中的规定大小的残留磁场不限定于饱和残留磁化。即，作为规定大小的残留磁场(磁通密度)，优选为在磁化步骤后的操作装置10的工作时，大于向第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70设定的范围(使用范围)内的磁场。该使用范围通过基于操作装置10的结构的模拟、或预先通过外部测定设备等来测定使操作装置10动作时的各磁轭的磁化来设定。在上述规定大小的残留磁场不是饱和残留磁化的情况下，例如图9所示，只要使用范围内的磁场的最大值是Br2，则可以向励磁线圈50施加电流，以使得将残留磁场(残留磁通密度)设定为大于Br2的值Brx，以绘制如在图9中用虚线示出的那样的磁滞曲线C。

如果像这样在磁化步骤中设定规定大小的残留磁场(残留磁通密度)，并通过后述的旋转扭矩控制步骤而与第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的残留磁场的量相应地调整向励磁线圈50通电的电流值，则穿过磁性盘状件120(磁性盘状件170)的磁通较少，因而能够使在操作开始时由MRF发挥的MRF发挥扭矩(操作者受到的阻力)降低。

由磁化单元进行的磁化(磁化步骤)每当操作装置10的启动时执行一次。即使减弱放置磁性体(第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70)的磁场，饱和磁化也难以下降，但为了使初始扭矩更稳定，优选为除启动时以外也以合适的定时来执行，也可以使得通过由操作者进行的手动操作来执行。进一步地，由磁化单元进行的磁化也可以在用于实现终端止挡(Endstop)状态的电流施加下进行。由此，能够向轴体部110施加较强的制动力，从而相对于操作者而提供犹如撞上假想的壁而停止的操作触感(终端止挡)。

另一方面，作为旋转扭矩控制单元的控制部130与在上述磁化步骤中生成的第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70中的残留磁场的量相应地调整向励磁线圈50通电的电流值(旋转扭矩控制步骤)。在旋转扭矩控制单元中，向励磁线圈50通电的电流值的最大值(绝对值)(对应于图11的MRF发挥扭矩A3的电流值)被设定为小于在磁化步骤中通电的电流值的绝对值(对应于图10的MRF发挥扭矩A1的电流值)。在此，上述MRF发挥扭矩A3小于MRF发挥扭矩A1。

如上述那样，在操作装置10的控制方法中，执行磁化步骤和旋转扭矩控制步骤。图12是示出操作装置10的处理的流程的例子的流程图。

<磁化步骤>(图12的步骤S1、S2)

在磁化步骤中，向励磁线圈50进行通电，以使得将第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的残留磁场设为规定大小。由此，在操作装置10的启动时(图9的曲线L1的始点，图10的时刻T1)，为零的磁化(磁通密度)随着通电时间的经过而增加。此时，随着励磁线圈50生成的磁场的增加，由磁粘性流体160带来的阻力(MRF发挥扭矩)(图10的纵轴)也上升。

然后，如果从磁化步骤中的通电开始起经过一定时间，则第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的磁化变为饱和状态。此时，即使在图10中的时刻T2处，在磁粘性流体160中阻力(MRF发挥扭矩)达到A1，第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的磁通密度也变为饱和磁通密度Bs(图9)(图12的步骤S1)。

虽然达到上述饱和状态，但如果在时刻T3处，停止向励磁线圈50的通电，则如在图9的曲线L2中磁场(横轴)为正的区域所示，产生第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70中的残留磁场。该期间对应与在图10中时刻T3～T4，由磁粘性流体160带来的阻力(MRF发挥扭矩)作为A2而变得一定。于是，在第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70中，生成与该MRF发挥扭矩A2对应的残留磁场(图12的步骤S2)。

<旋转扭矩控制步骤>(图12的步骤S3～S5)

图13和图14是示出向旋转扭矩控制步骤中的励磁线圈50的施加电流与MRF发挥扭矩的关系的曲线图。图15是示出向以往的操作装置的反馈控制中的线圈的施加电流与MRF发挥扭矩的关系的曲线图。图13所示的例子是生成第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的残留磁场，使得变为饱和残留磁化的大小的情况。图14所示的例子是磁轭不完全饱和的情况、即规定大小的残留磁场小于饱和残留磁化的大小的情况，与向励磁线圈50通电的电流值的最大值(绝对值)对应的MRF发挥扭矩变得小于与在图13所示的例子中向励磁线圈50通电的电流值的最大值(绝对值)对应的MRF发挥扭矩A3。

在旋转扭矩控制步骤中，与在磁化步骤中被设为规定大小的第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的残留磁场相应地调整向励磁线圈50通电的电流值(图12的步骤S3)。在图10所示的例子中，在时刻T4处执行旋转扭矩控制步骤，由此，由磁粘性流体160带来的阻力(MRF发挥扭矩)从A2向零减少。这期间，与第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70中的残留磁场的大小(残留磁通密度)对应地，将向励磁线圈50通电的电流值偏移为负，并且穿过磁性盘状件120的磁通下降到零为止。

在旋转扭矩控制步骤中，在使阻力(MRF发挥扭矩)从A3下降时向励磁线圈50施加的电流如图11、图13或图14所示而被施加，阻力(MRF发挥扭矩)相对于该电流值的变化而大致成正比地减少，从而能够作为操作开始时的发挥扭矩而获得一定的扭矩。

如图11、图13以及图14所示，即使在初始扭矩(电流值为零时的MRF发挥扭矩)大于零的情况下，也能够通过向励磁线圈50通负的电流的电从而使MRF发挥扭矩降低到零为止(图12的步骤S3)。在此，在图14所示的例子中，在磁化步骤中磁轭未达到完全饱和，因而能够使用于使MFR发挥扭矩为零的负电流值的绝对值减小。

相对于此，在以往的操作装置中，能够通过向与本实施方式的励磁线圈50对应的线圈施加如图15所示的那样的电流，从而实现阻力的降低，但例如由于以下的要因(1)～(3)而难以使MRF发挥扭矩为零、或将其调整到要求的大小。因此，显而易见的是，基于最小扭矩和最大扭矩的动态范围与图11、图13以及图14所示的情况相比较小。

(1)未向线圈通电时的初始扭矩不为零，或初始扭矩的变动较大。

(2)依赖于通电历史而在磁轭材料产生残留磁场。

(3)由于磁粘性流体160、滑动的构件的影响而产生扭矩。

作为本实施方式中的旋转扭矩控制步骤，在图12的步骤S3之后进一步地，在检测到轴体部110的旋转操作时(图12的步骤S4中的是)，根据检测到的操作，调整向励磁线圈50通电的电流量。由此，能够控制MRF发挥扭矩，并且能够使操作开始时的MRF发挥扭矩稳定为一定的值(步骤S5)。

通过执行如以上那样的磁化步骤以及旋转扭矩控制步骤，能够简便且正确地控制旋转扭矩，能够将初始扭矩设定为要求的一定值。特别地，能够通过第1磁轭30、第2磁轭40以及第3磁轭70的结构材料，从而预先设定达到饱和磁化所需要的施加电流值、进一步地用于在旋转扭矩控制步骤中将残留磁场的影响设为零的负的电流值，因而不需要检测实际的磁场、磁化(磁通密度)以进行反馈控制，能够容易且可靠地设定要求的初始扭矩。此外，由于不需要设置反馈控制所需要的传感器类别，因而能够抑制部件成本的增大，并且各构件的配置的制约变少，能够防止装置的大型化。进一步地，此外，由于不需要追加用于反馈控制的电路等，因而能够抑制制造或设计的成本。

相对于此，在不具备上述磁化单元、上述旋转扭矩控制单元的结构中有如以下那样的问题。即，如果与磁化步骤同样地在向励磁线圈50通电之后，停止励磁线圈50的通电，则与在其停止前产生的磁场相应地在各磁轭产生残留磁场。在此，在磁粘性流体160，即使在未使电流流向励磁线圈50的状态下，也施加与各磁轭的残留磁场的大小相应的磁通(残留磁通)。由于该残留磁通成为轴体部110的扭矩产生源，因而成为之后的装置使用时的初始扭矩的变动要因。为了抑制该变动，只要用磁传感器测定残留磁通，使消除残留磁通的那样的磁场从励磁线圈50产生，就能够使初始扭矩降低，但结构部件也会增加。此外，也可考虑取代基于磁传感器的测定，将与消磁(脱磁)轮廓对应的电流作为逐渐减衰的正弦波而施加到励磁线圈50。然而，在该情况下，需要设定考虑线圈时间常数的反应时间，因而有需要很多时间这样的问题。

另一方面，在本实施方式的操作装置10中，通过在通过上述磁化步骤使电流流向励磁线圈50之后，停止向励磁线圈50的通电，从而使得在磁轭产生规定大小的残留磁场(残留磁通密度)。通过像这样控制，能够将向磁粘性流体160施加的残留磁通的大小设为一定。只要向磁粘性流体160施加的残留磁通的大小一定，就能够控制通过励磁线圈50的电流而向磁轭施加的磁场，从而控制穿过磁性盘状件120的磁通，而不需要对其残留磁通进行测定。

对变形例进行说明。

在上述的实施方式的旋转扭矩控制步骤中，向励磁线圈50通负电流的电，以使得磁粘性流体160中的阻力变为零，从而使阻力小于初始扭矩，但也可以使其降低到零为止。例如，使操作者开始操作时的MRF发挥扭矩为接近零的要求的阻力，从而能够相对于操作者而施加一定的触感。

此外，在操作者不紧接着磁化步骤而进行操作的情况下，也可以不实施旋转扭矩控制步骤，而直接使MRF发挥扭矩为初始扭矩，从而使操作触感更重。在该情况下，在操作者开始操作和感知到操作时，实施旋转扭矩控制步骤，并施加负电流，由此能够使MRF发挥扭矩降低到零为止。

参照上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，能够出于改良的目的或在本发明的思想的范围内进行改良或变更。

产业实用性

如上所述，本发明所涉及的操作装置能够在抑制控制所消耗的成本的同时，获得要求的一定的初始扭矩。

-符号说明-

10：操作装置；

11：中心轴；

20：保持部；

30：第1磁轭(磁场产生单元)；

31：圆环部；

32：圆筒部；

33：台阶部；

34：内周面；

35：底面；

40：第2磁轭(磁场产生单元)；

41：上表面；

42：槽；

43：孔部；

50：励磁线圈(磁场产生单元)；

51：连接构件；

60：环状构件；

70：第3磁轭(磁场产生单元)；

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(操作构件)；

111：轴部；

112：槽部；

113：前端部；

114、115：结合孔部；

120：磁性盘状件(转子)；

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(磁化单元、旋转扭矩控制单元)；

140：支承构件；

150：径向轴承；

160：磁粘性流体；

170：磁性盘状件(转子)；

171：中央孔部；

172：贯通孔部；

173：切口部(开口部)；

174：上表面；

175：下表面；

176：外周缘；

A1、A2、A3：阻力(MRF发挥扭矩)；

Br：磁轭的残留磁场的大小(残留磁通密度)；

Bs：饱和磁通密度；

G：磁间隙；

T1、T2、T3、T4：时刻。

Claims (5)

1.一种操作装置，其特征在于，具备：

操作构件，被能够旋转地支承；

转子，与所述操作构件一体地旋转；

磁场产生单元，生成穿过所述转子的磁场；

磁粘性流体，与所述转子接触地设置，通过穿过所述转子的磁场的作用而赋予相对于旋转的阻力；和

控制部，控制所述磁场产生单元，

在所述操作装置中，

所述磁场产生单元具有通过通电而生成磁场的线圈、和形成相对于穿过所述转子的磁场的磁路的磁轭，

所述控制部具备磁化单元以及旋转扭矩控制单元，

所述磁化单元向所述线圈通电，以使得将所述磁轭的残留磁场设为规定大小，

所述旋转扭矩控制单元与所述磁轭的残留磁场的量相应地调整向所述线圈通电的电流值，在所述旋转扭矩控制单元中向所述线圈通电的电流值的最大值的绝对值小于在所述磁化单元中通电的电流值的绝对值。

2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，

所述磁化单元通过向所述线圈进行通电，从而将所述磁轭设为饱和状态，由此将所述规定大小设为饱和残留磁化的大小。

3.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，

所述控制部在所述操作装置的启动时执行由所述磁化单元进行的向所述线圈的通电。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，

所述旋转扭矩控制单元使向所述线圈通电的所述电流值发生偏移以使得穿过所述转子的磁通变为零，并且使最小扭矩接近零。

5.一种操作装置的控制方法，其特征在于，所述操作装置具备：

操作构件，被能够旋转地支承；

转子，与所述操作构件一体地旋转；

磁场产生单元，生成穿过所述转子的磁场；

磁粘性流体，与所述转子接触地设置，通过穿过所述转子的磁场的作用而赋予相对于旋转的阻力，

所述磁场产生单元具有通过通电而生成磁场的线圈、和形成相对于穿过所述转子的磁场的磁路的磁轭，

所述操作装置的控制方法具备：

向所述线圈进行通电，以使得将所述磁轭的残留磁场设为规定大小的磁化步骤；和

与所述磁轭的残留磁场的量相应地调整向所述线圈通电的电流值的旋转扭矩控制步骤，在所述旋转扭矩控制步骤中，使向所述线圈通电的电流值的最大值的绝对值小于在所述磁化步骤中通电的电流值的绝对值。

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