JP2000088004A - 磁性流体シール付きパウダブレーキ・クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パウダブレーキ（クラッチ）は、トルクをコ
ントロールして使用するためトルクリップル（変動率）
が大きいとコントロールできないが、特に高速回転に比
較して低速回転ではリップルが２倍近くに大きく制御し
難い欠点がある。また、パウダ漏洩防止のためシールが
不可欠であるが、回転時には機械的損失が大きく寿命も
余り永くないので、しばしば交換しなければならないと
いう問題があり、これらを解決するのが本発明に課され
た課題である。 【解決手段】 本発明では、従来使用されていた電磁パ
ウダを、磁性流体１２に変えることにより、低速域での
トルク安定性を向上させ、流体であることにより摩擦熱
の放熱効果が期待され、更に従来のシールを使用しない
で磁性流体シールに変更することにより半永久的にシー
ル効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ここ数年前から、 磁性流体と
呼ばれ、磁気に反応して粘性や形状が変わる流体が開発
され注目を集めている。この磁性流体は、パウダブレー
キ／クラッチの磁性鉄粉（パウダ）の特性をも有してお
り、パウダの応用が可能であり本発明は磁性流体シール
付きパウダブレーキ／クラッチに関する。なお、出力側
が静止している場合がブレーキで、回転する場合はクラ
ッチであって作用の原理は両者とも全く同様なので、こ
こではブレーキについて述べることにする。

【０００２】

【従来の技術】従来のパウダブレーキの半体断面側面図
を図３に示す。左側フィールドコア１ａと右側フィール
ドコア１ｂとは、 左側にリード線の通し穴１ａ₁とパウ
ダ注入口１ａ₂とがある点を除きそれ以外は全く対称形
である。この左、右フィールドコア１ａと１ｂとを、 外
周近くの複数箇所、 この例では等分角３ケ所でボルトＢ
により一体にされた環状のフィールドコア１には、コイ
ル２が内蔵され、前記のリード線の通し穴１ａ₁を貫通
するリード線２ａを介して、電源から通電されると２点
鎖線で示す磁束φ₁が発生する。

【０００３】フィールドコア１は、 入力軸４の外周に配
置された左右対称の２個の玉軸受３と３′とを介して入
力軸４に支持される。入力軸４に固定される円板状のシ
リンダ５の半径方向の外周部の２分の１以上は、フィー
ルドコア１の半径方向外方が閉じた細長いＵ字状の溝１
ｃ内に入り込んでいる。フィールドコア１、玉軸受３、
３′及び入力軸４で囲まれるシリンダ５の左、右の空間
６内には、磁性パウダと呼ばれる適量の磁性鉄粉がパウ
ダ注入口１ａ₂から入れられた後ゴム栓１０で塞がれ、
前記の空間６のシール８でパウダ７が外部に漏れないよ
うになっている。入力軸４に嵌められる左右対称の止め
輪９、９′は、それぞれ玉軸受３、３′を保持する。

【０００４】このパウダブレーキの作用を下記に説明す
る。コイル２に通電されない場合パウダ７は空間６内に
一様に散在して、シリンダ５は、入力軸４と共にフィー
ルドコア１の溝１ｃ内で空転するだけであるが、コイル
２に通電されると磁束φ₁が発生し、図３に示すよう
に、パウダ７がシリンダ５の両側面の溝１ｃ内に集合
し、 摩擦力でシリンダ５の回転にブレーキトルクを与
え、通電電圧（電流）をコントロールして、 ブレーキト
ルクをコントロールできるブレーキとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】（１）上記のように、
パウダブレーキ（クラッチ）は、トルクをコントロール
して使用するためトルクリップル（変動率）が大きいと
コントロールできず、特に高速回転に比較して低速回転
では、トルクリップルが２倍近くに大きくなり制御し難
い欠点がある。 （２）パウダ漏洩防止のためシール８が不可欠である
が、回転時には機械的損失が大きく寿命も余り永くない
ので、しばしば交換しなければならない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、電磁パウダ
を磁性流体に変えることにより、低速域でのトルク安定
性を向上させ、 流体であることにより摩擦熱の放熱効果
が期待される。更に、従来のシールを使用しないで磁性
流体シールに変更することにより、半永久的にシール効
果が得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に本発明による磁性流体シー
ル付きパウダブレーキの半体断面側面図を、図１のＡ部
拡大図を図２に示す。図２において、 図１と同じ部材に
は同じ符号を付け異なる点のみを説明する。図３の場合
と同様に、左、右対称のフィールドコア１１ａと、１１
ｂとをボルトＢで一体化したフィールドコア１１は、リ
ードワイヤ注入口１１ａ₁、磁性流体注入口１１ａ₂など
の極一部を除き左右対称である。空間部１６ｃ₁、 １６
ｃ₂の半径方向の最内方には、対称に配置された２つの
環状突出部１１ｃ₁と、同様に対称に配置された２つの
１５ｂ₁との間に面積が狭くなった空間１６Ｂ₁が配置さ
れる。これと同様に、半径方向のやや外方に、対称に配
置された２つの環状突出部１１ｃ₂と、同様に対称に配
置された２つの環状突出部１５ｂ₂との間に、面積が狭
くなった空間１６Ｂ₂が配置される。両突出部の中間の
水平位置に、リング状の永久磁石、例えばラジアル異方
性のＮｄ系希土類リング磁石２０ａと２０ｂとが、フィ
ールドコア１１ａと１１ｂとの半径方向内方部に軸方向
に嵌め込まれる。

【０００８】半径方向中間部の断面がほぼＵ字形の溝内
へ、前記の磁性流体注入口１１ａ₂から磁性流体１２が
注入され、注入後に入り口にゴム栓１０が詰められる。
この状態で注入された磁性流体は前記の永久磁石２０ａ
と２０ｂとの磁束φ₂により、前記の狭い空間１６Ｂ₁と
１６Ｂ₂内に集結され、この後はコイル２の磁束の外に
あるので、通電の有無に関係なくそのまま同一状態に保
たれる。

【０００９】これらの永久磁石２０ａと２０ｂの軸方向
の外方の玉軸受３、３′と、前記のフィールドコア１１
ａと１１ｂの半径方向部との間には、 非磁性リング２１
ａと２１ｂとが取付けられる。一方、入力軸４の外周に
固定されるシリンダ１５は、外側シリンダ１５ａと、内
側シリンダ１５ｂと、両者の中間で前記内外のシリンダ
１５ａと１５ｂとを接続する銅ブレージング部１５ｃと
から構成される。また、フィールドコア１１ａ、１１ｂ
と銅ブレージング部１５ｃ及び外側シリンダ１５ａとの
間には、それぞれ空間１６ｃ、１６ｃ₁、１６ｃ₂が設け
られる。

【００１０】本発明の作動について以下に述べる。粘性
を有する流体に磁性パウダを混在させた磁性流体１２
を、磁性流体注入口１１ａ₂から押し込むと磁性流体１
２は、左右の空間１６ｃ₁、１６ｃ₂から狭い空間１６Ｂ
₂を通り空間１６ｂへ流下する。しかし、永久磁石２０
ａと２０ｂの磁束φ₂の作用で、環状突出部１１ｃ₂と１
５ｂ₂の間の狭い隙間１６Ｂ₂内と、１１ｃ₁と１５ｂ₁の
間の狭い隙間１６Ｂ₁内とに図２に示すように磁性流体
１２が保持されてシールの役目を果たす。一方、永久磁
石２０ａと２０ｂの磁束φ₂の作用を受けない部分の磁
性流体１２内の磁性パウダは、前記の通電ＯＦＦの状態
では永久磁石２０ａと２０ｂの磁束φ₂により、隙間１
６Ｂ₂と隙間１６Ｂ₁内に拘束された部分以外の部分に均
等に分布し、且つ流体の性質でシリンダ１５、フィール
ドコア１１の間の空間１６ｃ₁、１６ｃ₂に滑らかに拡散
される。

【００１１】通電ＯＮの時は、図２に示すようにシリン
ダ１５ａの周囲の、 断面が逆Ｕ字形の空間１６ｃ₁と１
６ｃ₂内に集結され、磁性パウダ成分の片寄りは少なく
トルク変動も小さい。また、前記の様に磁性流体がシー
ルの役目をして、従来のシールを使用しないので、シー
ルの摩耗による劣化がなく半永久的に使用できて、さら
に永久磁石２０ａと２０ｂとの大きさを変えることによ
り、機械損失を制御して常に磁束φ₂を最適値にするこ
とができる。

【００１２】

【発明の効果】（１）磁性流体を、従来のパウダの代わ
りに使用することにより低回転時のトルクリップルが小
さくなり、ブレーキトルクをコントロールできる。 （２）パウダブレーキのパウダとシールの効果を磁性流
体が保持するので、従来の寿命の短いシール交換が不用
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁性流体シール付きパウダブレー
キの半体断面側面図である。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】従来のパウダブレーキの半体断面側面図であ
る。

【符号の説明】

２：コイル ２ａ：リード線 ３、３′：玉軸受 ９、９′：止め輪 １１ａ：左側フィールドコア １１ｂ：右側フィールドコア １１ａ₂：磁性流体注入口 １２：磁性流体 １５：シリンダ １５ａ：外側シリンダ １５ｂ：内側シリンダ １５ｃ：銅ブレージング １６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｃ₁、１６ｃ₂、１６
Ｂ₁、１６Ｂ₂：空間部 ２０ａ、２０ｂ：永久磁石 ２１ａ、２１ｂ：非磁性リング φ₁、φ₂：磁束

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸の外周に対称に配置された玉軸受
   （３、３′）と、 前記玉軸受の半径方向外側に対称に配置され中央にコイ
   ル（２）を有するフィールドコア（１１ａ、１１ｂ）
   と、 前記玉軸受の両内側と軸の外周との間に挟まれて、軸を
   保持する対称の空間部（１６ａ、１６ａ）と、 これら空間部の中間から半径方向外方に突出する内側シ
   リンダ（１５ｂ）と、 この内側シリンダに銅ブレージング（１５ｃ）を介しさ
   らに外方に突出する外側シリンダ（１５ａ）とを有する
   シリンダ（１５）と、 このシリンダ（１５）の外周を囲む空間部（１６ｂ、１
   ６ｃ、１６ｃ₁、１６ｃ₂、１６Ｂ₁、１６Ｂ₂）に磁性流
   体を注入する磁性流体注入口（１１ａ₂）と、 前記玉軸受の軸方向両外側から前記空間部に向けて配置
   された永久磁石（２０ａ、２０ｂ）と、 この永久磁石の半径方向内方面に配置された非磁性リン
   グ（２１ａ、２１ｂ）とを有し、 前記コイルに通電ＯＦＦの状態で、 前記の磁性パウダは
   前記永久磁石の磁束（φ₂）により前記の空間部（１６
   Ｂ₁、１６Ｂ₂）内に終結され、 通電ＯＮの場合は残余の
   パウダはコイルの磁束（φ₁）により、 断面がＵ字状の
   空間部（１６ｃ₁、 １６ｃ₂）内に集結され、 磁性パウダ
   成分の片偏りと、トルクの変動とが少なくされることを
   特徴とする磁性流体シール付きパウダブレーキ・クラッ
   チ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁性流体シール付きパウ
   ダブレーキ・クラッチにおいて、前記左右対称の玉軸受
   （３、３′）の軸方向の両外側に配置され、前記玉軸受
   （３、３′）を保持する止め輪（９、９′）と、 前記のフィールドコア（１１ａ、１１ｂ）は、 前記玉軸
   受の半径方向の両外側に配置され複数のボルトにより連
   結されて中央にコイル（２）を有し、 前記のシリンダ（１５）は、これらの空間部の中間から
   半径方向外方に突出するシリンダ（１５ａ）と、 内方に
   突出するシリンダ（１５ｂ）と、両者の中間に介在され
   る銅ブレージング（１５ｃ）とを有し、 前記シリンダ（１５）の外周を囲む空間部（１６ｂ、１
   ６ｃ、１６ｃ₁、１６ｃ₂、１６Ｂ₁、１６Ｂ₂）内に磁性
   流体（１２）を注入する磁性流体注入口（１１ａ₂）
   と、 前記玉軸受の外側から前記空間部に向けて配置された永
   久磁石（２０ａ、２０ｂ）と、この永久磁石の半径方向
   内方面に配置された非磁性リング（２１ａ、２１ｂ）と
   を有することを特徴とする請求項１記載の磁性流体シー
   ル付きパウダブレーキ・クラッチ。