JP2013242014A - 制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の両面に磁気粘性流体の剪断応力を効果的に作用させ得る制動装置を提供する。
【解決手段】本発明は、第１の軟磁性体１と、第１の軟磁性体１に取り付けられるコイル３と、第２の軟磁性体２と、第１の軟磁性体１と第２の軟磁性体２との間に形成される作動室４と、作動室４の内部に設けられる回転体５と、回転体５と第１の軟磁性体１との間隙及び回転体５と第２の軟磁性体２との間隙に充填される磁気粘性流体６とを備え、回転体５が、軟磁性材料から成る低い磁気抵抗部５ａ，５ｂと、磁束が流れ難い高い磁気抵抗部５ｃとを有し、高い磁気抵抗部５ｃが、回転体５のコイル３と向かい合う部分に設けられている制動装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気粘性流体を用いた制動装置に関する。

従来、非可動体と、非可動体の内部で回転可能な可動体と、可動体と非可動体との間に充填される磁気粘性流体と、磁気粘性流体に印加される磁場を発生させるコイルとを備えた制動装置が知られている。

この種の制動装置は、磁場を磁気粘性流体に印加し、それにより磁気粘性流体の剪断応力が増加することを利用して、可動体の回転速度を減速させたり、その回転を停止させたりするものである。磁気粘性流体に印加される磁場は、コイルに電流を流すことによって発生させている。

しかしながら、この種の制動装置では、可動体が軟磁性材料から成る物体であり、可動体の磁気抵抗が低いため、磁束の大部分が可動体を流れることになる。従って、可動体のコイルと向き合った面には磁気粘性流体の剪断応力が作用するが、可動体の反対側の面には磁気粘性流体の剪断応力が作用し難いという問題があった。

特許第４６９５８３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、回転体の両面に磁気粘性流体の剪断応力を効果的に作用させ得る制動装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は以下の制動装置を提供する。
１．第１の軟磁性体と、第１の軟磁性体に取り付けられるコイルと、第２の軟磁性体と、第１の軟磁性体と第２の軟磁性体との間に形成される作動室と、該作動室の内部に設けられる回転体と、該回転体と第１の軟磁性体との間隙及び該回転体と第２の軟磁性体との間隙に充填される磁気粘性流体とを備え、前記回転体が、軟磁性材料から成る低い磁気抵抗部と、磁束が流れ難い高い磁気抵抗部とを有し、該高い磁気抵抗部が、前記回転体の前記コイルと向かい合う部分に設けられている制動装置。
２．前記１に記載の制動装置であって、前記高い磁気抵抗部が、非磁性材料から成る物体である制動装置。
３．前記１に記載の制動装置であって、前記高い磁気抵抗部が、空隙である制動装置。

本発明の制動装置では、回転体が、軟磁性材料から成る低い磁気抵抗部と、磁束が流れ難い高い磁気抵抗部とを有し、該高い磁気抵抗部が、回転体のコイルと向かい合う部分に設けられている。従って、磁束が第１の軟磁性体から回転体を介して第２の軟磁性体まで殆ど減少することなく流れ、また、第２の軟磁性体から回転体を介して第１の軟磁性体まで殆ど減少することなく流れる。よって、本発明の制動装置によれば、回転体の両面に磁気粘性流体の剪断応力を効果的に作用させることが可能になる。

図１は、本発明に係る制動装置の作用を模式的に示す図である。 図２は、比較例に係る制動装置の作用を模式的に示す図である。 図３は、本発明の実施例１に係る制動装置の内部構造を示す断面図である。 図４は、実施例１で採用したロータ（回転体）を示す斜視図である。 図５は、実施例１及び比較例の制動特性を示すグラフである。 図６は、比較例のロータを示す斜視図である。 図７は、本発明の実施例２に係る制動装置の内部構造を示す断面図である。 図８は、実施例２で採用したロータ（回転体）を示す斜視図である。 図９は、実施例２及び比較例の制動特性を示すグラフである。

本発明の制動装置は、第１の軟磁性体１と、第１の軟磁性体１に取り付けられるコイル３と、第２の軟磁性体２と、第１の軟磁性体１と第２の軟磁性体２との間に形成される作動室４と、作動室４の内部に設けられる回転体５と、回転体５と第１の軟磁性体１との間隙及び回転体５と第２の軟磁性体２との間隙に充填される磁気粘性流体６とを備えて構成される（図１参照）。

比較例に係る制動装置も本発明の制動装置と同様に、第１の軟磁性体１’と、第１の軟磁性体１’に取り付けられるコイル３’と、第２の軟磁性体２’と、第１の軟磁性体１’と第２の軟磁性体２’との間に形成される作動室４’と、作動室４’の内部に設けられる回転体５’と、回転体５’と第１の軟磁性体１’との間隙及び回転体５’と第２の軟磁性体２’との間隙に充填される磁気粘性流体６’とを備えて構成される（図２参照）。

いずれの装置も、第１の軟磁性体１，１’及び第２の軟磁性体２，２’は非可動体であり、回転体５，５’は作動室４，４’の内部で自由に回転し得る可動体である点で共通している。しかしながら、本発明の回転体５は、図１に示したように、軟磁性材料から成る低い磁気抵抗部５ａ，５ｂと、磁束Ｆが流れ難い高い磁気抵抗部５ｃとを有し、高い磁気抵抗部５ｃが、回転体５のコイル３と向かい合う部分に設けられている点で、図２に示したように、全体が軟磁性材料から成り、低い磁気抵抗を示す物体である比較例の回転体５’と異なる。

比較例に係る制動装置では、図２に示したように、磁束Ｆが第１の軟磁性体１’から回転体５’まで流れると、磁束Ｆの大部分が回転体５’に流れてしまう。従って、第１の軟磁性体１’から回転体５’を介して第２の軟磁性体２’まで流れる磁束Ｆは僅かなものとなる。この構成によれば、磁束Ｆの大部分が回転体５’から第１の軟磁性体１’まで流れるため、第１の軟磁性体１’と回転体５’との間隙に充填された磁気粘性流体６’の剪断応力は、回転体５’の一面（第１の軟磁性体１’に対向する面）に作用する。しかしながら、第２の軟磁性体２’から回転体５’を介して第１の軟磁性体１’まで流れる磁束Ｆは僅かなものであるため、第２の軟磁性体２’と回転体５’との間隙に充填された磁気粘性流体６’の剪断応力は、回転体５’の他面（第２の軟磁性体２’に対向する面）に殆ど作用しない。従って、大きな制動力を発生させることが困難である。

対照的に、本発明の制動装置では、図１に示したように、磁束Ｆが第１の軟磁性体１から回転体５まで流れても、高い磁気抵抗部５ｃによって磁束Ｆの流れが規制されるため、磁束Ｆが回転体５を通過して第２の軟磁性体２まで殆ど減少することなく流れる。また、磁束Ｆが第２の軟磁性体２から回転体５を介して第１の軟磁性体１まで殆ど減少することなく流れる。この構成によれば、磁気粘性流体６の剪断応力が回転体５の両面に効果的に作用するので、大きな制動力を発生させることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明の技術的範囲は以下の説明の内容に限定されるものではない。

図３は、本発明の実施例１に係る制動装置の内部構造を示す断面図である。この図に示したように、本実施例に係る制動装置は、ハウジング１０、コイル保持部２０、コイル３０、作動室４０、ロータ５０、プレート６０及び磁気粘性流体７０を有して構成されている。

ハウジング１０は、周壁１１、端壁１２及び底壁１３を有して構成されている。周壁１１は、軟磁性材料から成り、その形状は、円筒形である。周壁１１は、本発明の「第２の軟磁性体」に相当する。端壁１２は、非磁性材料から成り、周壁１１の一方の端部に接着剤を用いて接着されている。底壁１３は、非磁性材料から成り、周壁１１の他方の端部に接着剤を用いて接着されている。接着剤の例としては、エポキシ系接着剤が挙げられる。接着剤の使用は、結合部からの磁気粘性流体７０の漏洩を防止できるという利点がある。なお、端壁１２を軟磁性材料で構成し、周壁１１と端壁１２を一体に成形することも可能である。また、底壁１３を軟磁性材料で構成し、周壁１１と底壁１３を一体に成形することも可能である。

端壁１２の中央には、軸受け８０の一方の端部が挿通される穴が形成されている。軸受け８０は、非磁性材料から成り、軸と結合する穴を有する。本実施例では、軸は、制動装置によって制御される物体の構成要素であり、制動装置の構成要素ではない。なお、軸受け８０に代えて軸を採用し、この軸を制動装置によって制御される物体に結合させるように構成することもできる。

底壁１３の中央には、コイル保持部２０の一部が挿通される穴が形成されている。コイル保持部２０は、軟磁性材料から成り、接着剤を用いて底壁１３に固定されている。コイル保持部２０は、本発明の「第１の軟磁性体」に相当する。接着剤の例としては、エポキシ系接着剤が挙げられる。接着剤の使用は、結合部からの磁気粘性流体７０の漏洩を防止できるという利点がある。コイル保持部２０の中央には、軸受け８０が挿通される穴が形成されている。

コイル保持部２０は、筒部２０ａと、筒部２０ａを挟んで外側に張り出したフランジ部２０ｂ，２０ｃとを有する。コイル３０は、筒部２０ａとフランジ部２０ｂ，２０ｃで囲まれた空間に配置され、コイル保持部２０に取り付けられている。コイル３０には、コイル３０に電流を流すためのリード線（図示せず）が接続されている。

作動室４０は、周壁１１の内周面と、該内周面に対して平行なコイル保持部２０の外周面（フランジ部２０ｂ，２０ｃの外周面）との間に形成される。周壁１１の内周面は、ハウジング１０の内部において、ロータ５０の回転中心から径方向に最も離れた位置にある。つまり、作動室４０は、ハウジング１０の内部において、最も外側に存在している。

作動室４０の内部には、ロータ５０が設けられている。ロータ５０は、周壁１１の内周面との間に隙間を有する外周面と、コイル保持部２０の外周面との間に隙間を有する内周面とを有する円筒形である。ロータ５０は、本発明の「回転体」に相当する。

本実施例で採用したロータ５０は、図４に示したように、共に軟磁性材料から成る２つの円筒部（第１円筒部５０ａ及び第２円筒部５０ｂ）の間に非磁性材料から成る円筒部（第３円筒部５０ｃ）を挟んだ三層構造である。第３円筒部５０ｃは、接着剤を用いて第１円筒部５０ａ及び第２円筒部５０ｂに接着されている。接着剤の例としては、エポキシ系接着剤が挙げられる。

第１円筒部５０ａ及び第２円筒部５０ｂは、本発明の「低い磁気抵抗部」に相当する。第３円筒部５０ｃは、本発明の「高い磁気抵抗部」に相当し、また、本発明の「非磁性材料から成る物体」に相当する。第３円筒部５０ｃは、図３に示したように、ロータ５０のコイル３０と向かい合う部分に設けられている。

ロータ５０は、プレート６０を介して軸受け８０に接続されている。この構成によれば、制動装置によって制御される物体の軸が回転し、それに伴い軸受け８０が回転する時には、ロータ５０とプレート６０が一緒に回転する。プレート６０は、非磁性材料から成り、端壁１２とコイル保持部２０との間に形成される隙間に設けられている。この隙間は、作動室４０と連通している。

ロータ５０は、接着剤を用いてプレート６０に固定されている。接着剤の例としては、エポキシ系接着剤が挙げられる。なお、プレート６０を軟磁性材料で構成し、ロータ５０とプレート６０を一体に成形することも可能である。

磁気粘性流体７０は、合成油等の流体中に強磁性粒子を分散させた懸濁液であり、無磁場の状態では液状であるが、磁場を印加すると分散していた粒子が互いに連結して架橋構造を形成し、磁場強度に応じて剪断応力が増加する性質を有するものである。磁気粘性流体７０は、作動室４０の内部に充填される。すなわち、磁気粘性流体７０は、ロータ５０と周壁１１との間の隙間及びロータ５０とコイル保持部２０との間の隙間に充填される。本実施例では、端壁１２とコイル保持部２０との間に形成される隙間からの磁気粘性流体７０の漏洩を防止するために、Ｏリング９０が配設されている。

本実施例で採用したロータ５０は、軟磁性材料と非磁性材料で構成され、また、プレート６０は、非磁性材料で構成されているので、コイル３０への通電を止めた後に、ロータ５０及びプレート６０に磁化が残存しない。従って、ロータ５０及びプレート６０を自由に回転させることができる。

上記のように構成される制動装置は、ロータ５０の回転中に、リード線を介してコイル３０に電流を供給すると、磁場が発生し、この磁場は、磁気粘性流体７０に印加される。それにより、磁気粘性流体７０の剪断応力が生じて、ロータ５０の回転速度を減速させたり、ロータ５０の回転を停止させたりすることができる。

本実施例に係る制動装置では、ロータ５０が、低い磁気抵抗部（第１円筒部５０ａ及び第２円筒部５０ｂ）と、磁束が流れ難い高い磁気抵抗部（第３円筒部５０ｃ）とを有し、高い磁気抵抗部（第３円筒部５０ｃ）が、ロータ５０のコイル３０と向かい合う部分に設けられている。従って、磁束がコイル保持部２０からロータ５０を介して周壁１１まで殆ど減少することなく流れ、また、周壁１１からロータ５０を介してコイル保持部２０まで殆ど減少することなく流れる。よって、本実施例に係る制動装置によれば、ロータ５０の外周面及び内周面に磁気粘性流体７０の剪断応力を効果的に作用させることができ、その結果、大きな制動力を発生させることができる。

また、本実施例に係る制動装置では、作動室４０は、ハウジング１０の内部において、最も外側に存在している。一方、ロータ５０は、作動室４０の内部に設けられ、また、周壁１１の内周面との間に隙間を有する外周面と、コイル保持部２０の外周面との間に隙間を有する内周面とを有する円筒形である。作動室４０の内部には、磁気粘性流体７０が充填されるため、磁気粘性流体７０を挟んで互いに向き合う面には、周壁１１の内周面とロータ５０の外周面だけでなく、コイル保持部２０の外周面とロータ５０の内周面も含まれる。従って、磁気粘性流体７０を挟んで互いに向き合う面の面積を大きくすることが可能である。この構成によれば、ロータ５０の回転中心から最も離れた位置で、磁気粘性流体７０に接する面積が大きいロータ５０の外周面及び内周面に、磁気粘性流体７０の剪断応力を作用させることができるので、より大きな制動力を発生させることができる。

図５は、実施例１に係る制動装置と比較例に係る制動装置の制動特性を示すグラフである。比較例に係る制動装置は、図６に示したように、ロータ５０’の全体が、軟磁性材料から構成されている点で、実施例１に係る制動装置と異なる。このグラフで示されているように、実施例１に係る制動装置は、コイル３０に供給される電流の値が大きくなるに従って、比較例に係る制動装置よりも大きなトルクを発生させることができる。

図７は、本発明の実施例２に係る制動装置の内部構造を示す断面図であり、図８は、本実施例で採用したロータ５０を示す斜視図である。これらの図に示したように、本実施例に係る制動装置は、ロータ５０の構造が実施例１に係る制動装置と異なる。

本実施例で採用したロータ５０は、本発明の「回転体」に相当する。このロータ５０は、軟磁性材料から成り、かつロータ５０のコイル３０と向かい合う部分には、複数の空隙５０ｅを有する。ロータ５０の軟磁性材料から構成された部分５０ｄは、本発明の「低い磁気抵抗部」に相当し、空隙５０ｅは、本発明の「高い磁気抵抗部」に相当する。

本実施例に係る制動装置では、実施例１に係る制動装置と同様に、ロータ５０が、低い磁気抵抗部（軟磁性材料から構成された部分５０ｄ）と、磁束が流れ難い高い磁気抵抗部（空隙５０ｅ）とを有し、高い磁気抵抗部（空隙５０ｅ）が、ロータ５０のコイル３０と向かい合う部分に設けられている。従って、磁束がコイル保持部２０からロータ５０を介して周壁１１まで殆ど減少することなく流れ、また、周壁１１からロータ５０を介してコイル保持部２０まで殆ど減少することなく流れる。よって、本実施例に係る制動装置によれば、ロータ５０の外周面及び内周面に磁気粘性流体７０の剪断応力を効果的に作用させることができ、その結果、大きな制動力を発生させることができる。

図９は、実施例２に係る制動装置と比較例に係る制動装置の制動特性を示すグラフである。比較例に係る制動装置は、図６に示したように、ロータ５０’の全体が、軟磁性材料から構成されている点で、実施例２に係る制動装置と異なる。このグラフで示されているように、実施例２に係る制動装置は、コイル３０に供給される電流の値が大きくなるに従って、比較例に係る制動装置よりも大きなトルクを発生させることができる。

１，１’ 第１の軟磁性体
２，２’ 第２の軟磁性体
３，３’ コイル
４，４’ 作動室
５，５’ 回転体
５ａ，５ｂ 低い磁気抵抗部
５ｃ 高い磁気抵抗部
６，６’ 磁気粘性流体
１０ ハウジング
１１ 周壁
１２ 端壁
１３ 底壁
２０ コイル保持部
２０ａ 筒部
２０ｂ，２０ｃ フランジ部
３０ コイル
４０ 第１作動室
５０，５０’ ロータ
５０ａ 第１円筒部
５０ｂ 第２円筒部
５０ｃ 第３円筒部
５０ｄ 軟磁性材料から構成された部分
５０ｅ 空隙
６０ プレート
７０ 磁気粘性流体
８０ 軸受け
９０ Ｏリング

Claims (3)

1. 第１の軟磁性体と、
   第１の軟磁性体に取り付けられるコイルと、
   第２の軟磁性体と、
   第１の軟磁性体と第２の軟磁性体との間に形成される作動室と、
   該作動室の内部に設けられる回転体と、
   該回転体と第１の軟磁性体との間隙及び該回転体と第２の軟磁性体との間隙に充填される磁気粘性流体とを備え、
   前記回転体が、軟磁性材料から成る低い磁気抵抗部と、磁束が流れ難い高い磁気抵抗部とを有し、該高い磁気抵抗部が、前記回転体の前記コイルと向かい合う部分に設けられている制動装置。
2. 前記高い磁気抵抗部が、非磁性材料から成る物体である請求項１に記載の制動装置。
3. 前記高い磁気抵抗部が、空隙である請求項１に記載の制動装置。

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