JP2018007381A - Magneto-rheological fluid device unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外力により回転する受動体に対して、磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることにより所望の回転負荷を付与する磁気粘性流体装置を備えた磁気粘性流体装置ユニットに関する。 The present invention relates to a magnetorheological fluid device unit including a magnetorheological fluid device that applies a desired rotational load to a passive body that rotates by an external force by changing the strength of a magnetic field applied to the magnetorheological fluid.
従来より、磁気粘性流体に付与する磁場の強さを調整することにより、所望の回転負荷を付与することができる磁気粘性流体装置が知られている(例えば特許文献1、2を参照。)。特許文献1、2に開示された磁気粘性流体装置は、電磁石を備えており、電磁石に供給する電流の大きさを変えることにより、回転負荷を調整ないし制御することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a magnetorheological fluid device that can impart a desired rotational load by adjusting the strength of a magnetic field imparted to the magnetorheological fluid (see, for example,
上記従来の磁気粘性流体装置のように、電磁石により磁気粘性流体に磁場を付与するものでは、電力を消費することから省エネルギー化が課題となる。 In the case of applying a magnetic field to a magnetorheological fluid by an electromagnet as in the above conventional magnetorheological fluid device, energy saving is a problem because electric power is consumed.
また、上記従来の磁気粘性流体装置は、受動体に回転負荷を与えるものに過ぎず、自らアクティブに受動体を回転させるものではない。つまり、受動体の回転動力は専ら外力によるものであり、磁気粘性流体装置側から受動体に回転動力を付与することはできない。このため、受動体の回転動作を外力に依存することなく自由にコントロールすることが困難であった。 Further, the conventional magnetorheological fluid device is merely a device that applies a rotational load to the passive body, and does not actively rotate the passive body by itself. That is, the rotational power of the passive body is solely due to external force, and the rotational power cannot be applied to the passive body from the magnetorheological fluid device side. For this reason, it has been difficult to freely control the rotation of the passive body without depending on the external force.
本発明は、上記実情に鑑みて創案されたものであり、磁気粘性流体装置において消費する電力の省エネ化を図ることができ、更に好ましくは、受動体の回転動作を外力に依存することなく自由にコントロールすることが容易になる磁気粘性流体装置ユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can save energy consumed in the magnetorheological fluid device. More preferably, the rotational operation of the passive body can be freely performed without depending on external force. An object of the present invention is to provide a magnetorheological fluid device unit that can be easily controlled.
本発明に係る磁気粘性流体装置ユニットは、外力によって回転される受動体と、磁気粘性流体装置と、電動機と、電気回路とを備えている。前記磁気粘性流体装置は、前記受動体と連動して回転する回転部と、磁気粘性流体に磁場を付与する電磁石とを有し、前記磁気粘性流体に付与する磁場の強さに応じた回転負荷を前記回転部に生じさせるものである。前記電動機は、前記磁気粘性流体装置の前記回転部と連動して回転する回転軸を有するものである。前記電気回路は、前記電動機の給電端子を短絡状態または開放状態にすることが可能なものである。 The magnetorheological fluid device unit according to the present invention includes a passive body rotated by an external force, a magnetorheological fluid device, an electric motor, and an electric circuit. The magnetorheological fluid device includes a rotating unit that rotates in conjunction with the passive body, and an electromagnet that applies a magnetic field to the magnetorheological fluid, and a rotational load corresponding to the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid. Is generated in the rotating part. The electric motor has a rotating shaft that rotates in conjunction with the rotating portion of the magnetorheological fluid device. The electric circuit is capable of setting a power supply terminal of the electric motor to a short circuit state or an open state.
かかる構成を備える磁気粘性流体装置ユニットによれば、例えば、電動機の給電端子を短絡状態にすることで、電動機に回生制動力が発生し、その回転制動力によって受動体の回転動作を制動することができるため、磁気粘性流体装置で消費する電力を抑制することができる。 According to the magnetorheological fluid device unit having such a configuration, for example, a regenerative braking force is generated in the motor by short-circuiting the power supply terminal of the motor, and the rotational operation of the passive body is braked by the rotational braking force. Therefore, it is possible to suppress the power consumed by the magnetorheological fluid device.
上記構成を備える磁気粘性流体装置ユニットにおいて、前記電気回路は、前記電動機の給電端子を短絡状態、開放状態または給電状態にすることが可能なものであってもよい。 In the magnetorheological fluid device unit having the above-described configuration, the electric circuit may be capable of setting a power supply terminal of the electric motor to a short circuit state, an open state, or a power supply state.
かかる構成を備える磁気粘性流体装置ユニットによれば、例えば、電動機の給電端子を給電状態にして電動機に給電するとともに、磁気粘性流体装置にも給電することで、受動体の回転動作を外力に依存することなく自由にコントロールすることが容易に行える。 According to the magnetorheological fluid device unit having such a configuration, for example, the power feeding terminal of the motor is set in a power feeding state to feed power to the motor, and the magnetorheological fluid device is also fed, so that the rotational operation of the passive body depends on external force. It is easy to control freely without doing.
上記構成を備える磁気粘性流体装置ユニットにおいて、前記磁気粘性流体装置の前記回転部と前記受動体との間に、前記磁気粘性流体装置側から前記受動体側へ向かって回転速度を減じる減速機が連結されたものであってもよい。 In the magnetorheological fluid device unit having the above-described configuration, a speed reducer that reduces the rotational speed from the magnetorheological fluid device side to the passive body side is connected between the rotating portion of the magnetorheological fluid device and the passive body. It may be what was done.
本発明に係る磁気粘性流体装置ユニットによれば、例えば、磁気粘性流体装置で消費する電力の省エネ化が図られる。 According to the magnetorheological fluid device unit of the present invention, for example, energy saving of electric power consumed by the magnetorheological fluid device can be achieved.
以下、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体装置ユニットについて図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体装置ユニット1は、受動体2、減速機3、磁気粘性流体装置4、電動機5、磁気粘性流体装置用電流供給部6、電動機用電流供給部7、ユニット制御部8等を備えている。
Hereinafter, a magnetorheological fluid device unit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a magnetorheological
受動体2は、外力によって回転されるものである。例えば、ユーザの使用行為、操作行為等に伴って回転される部品、部材等が受動体2の例として挙げられる。
The
減速機3は、磁気粘性流体装置4の回転部11と受動体2の出力シャフトとの間に連結されており、磁気粘性流体装置4側の回転動力が、回転速度を減じて受動体2側へと伝達される。なお、減速機の本体はユニット取付部22に取付けられている。
The
磁気粘性流体装置4は、その内部に磁気粘性流体が封入されており、電磁石に印加する電流値を変えることにより、磁気粘性流体に付与する磁場の大きさを変えることができ、これにより、その回転部11に付与する回転負荷を変えることができる。なお、磁気粘性流体装置4の外部もユニット取付部22に取付けられている。
The
例えば、図1に概略が例示された磁気粘性流体装置4では、シャフト12とシャフト12に回転一体に固定された円板13とで回転部11が構成されている。円板13は、磁気粘性流体14を封入した磁気粘性流体室16に回転自在に配置されている。磁気粘性流体室16は、中央に軸穴が形成された磁性体からなる円柱体17と、図1に示すように内部にコイル18が巻設されるとともに中央に軸穴が形成されたヨーク19と、円柱体17およびヨーク19の外周に嵌め付けられた筒状の非磁性体からなるカバー21と、コイル18とで主に構成されている。コイル18に電流が印加されると、図1の矢印Pに示す方向に沿って磁路が形成される。この磁路は、円板13を板厚方向に貫通し、円板13の周囲の磁気粘性流体に磁場を印加する。磁気粘性流体14に磁場が印加されると、磁気粘性流体14にクラスターが形成され、ずり応力が発現することにより、回転部11の回転動作が制動される。
For example, in the
電動機5は、その本体部5aがユニット取付部22に取付けられ、その回転軸5bが磁気粘性流体装置4のシャフト12に連結されている。
The
磁気粘性流体装置用電流供給部6は、ユニット制御部8の指令に従って、磁気粘性流体装置4のコイル18に電流を供給する。
The magnetorheological fluid device current supply unit 6 supplies current to the
電動機用電流供給部7は、ユニット制御部8の指令に従って、電動機5の給電端子を短絡状態、開放状態または給電状態に切り替えることが可能な電気回路で構成される。給電端子を短絡させる回路上には、抵抗や可変抵抗を設けても良い。可変抵抗を設けた場合は、後述する回生制動の効き具合を容易に調整することができる。
The electric motor current supply unit 7 is configured by an electric circuit capable of switching the power supply terminal of the
ユニット制御部8は、磁気粘性流体装置ユニット1の全体の制御を司るものであり、外部から入力される様々な情報に基づいて、電磁石23への給電制御および電動機5への給電制御を行う。なお、ユニット制御部8が受動体2の回転(回転量、回転速度等)を検出できるように、受動体2の回転を検出する回転センサ24の出力信号がユニット制御部8に入力される。
The
次に、上記構成を備える磁気粘性流体装置ユニット1が実施可能な動作例を説明する。
Next, an operation example in which the magnetorheological
<磁気粘性流体装置の電源OFF、電動機の電源ON>
ユニット制御部8は、第1の所定条件下において、磁気粘性流体装置4に給電を行うことなく、電動機5のみに給電を行う(電動機5の給電端子を給電状態にする。)。この場合、磁気粘性流体装置4では、殆ど回転負荷を生じないため(基底トルクによる僅かな回転負荷は生じる。)、電動機5の回転動力は、磁気粘性流体装置4において殆ど低減されることなく減速機3、受動体2へと伝達される。
<Power OFF of Magnetorheological Fluid Device, Power ON of Electric Motor>
The
<磁気粘性流体装置の電源OFF、電動機の電源OFF>
ユニット制御部8は、第2の所定条件下において、磁気粘性流体装置4および電動機5の何れに対しても給電を行わない(電動機5の給電端子は開放状態とする。)。この場合、受動体2には、磁気粘性流体装置4および電動機5の基底トルクのみが作用し、殆ど無負荷状態となる。よって、受動体2は、外力によって自在に回転する。
<Power OFF of Magnetorheological Fluid Device, Power OFF of Electric Motor>
The
<磁気粘性流体装置の電源OFF、電動機の電源ショート>
ユニット制御部8は、第3の所定条件下において、磁気粘性流体装置4に給電を行うことなく、電動機5の給電端子を短絡状態にする。この場合、受動体2が回転動作していることを前提として、電動機5において回生制動力が発生し、当該制動力が磁気粘性流体装置4のシャフト12および減速機3を介して受動体2の回転動作を制動する。このとき、磁気粘性流体装置ユニット1において一切電力が消費されないため、磁気粘性流体装置4を用いて制動した場合と比較して、省エネ化が図られる。
<Power off of magnetorheological fluid device, power supply short of motor>
The
<磁気粘性流体装置の電源ON、電動機の電源ON>
ユニット制御部8は、第4の所定条件下において、磁気粘性流体装置4および電動機5の双方に給電を行う(電動機5の給電端子を給電状態とする。)。この場合、電動機5の回転動力は、磁気粘性流体装置4における制動作用を受けて、減速機3を介して受動体2に入力される。この態様によれば、磁気粘性流体装置4において生じる回転負荷を調整することにより、受動体2を一定トルクで回転させることが可能となる。
<Power ON of Magnetorheological Fluid Device, Power ON of Electric Motor>
The
<磁気粘性流体装置の電源ON、電動機の電源OFF>
ユニット制御部8は、第5の所定条件下において、磁気粘性流体装置4に給電を行い、電動機5に給電を行わない(電動機5の給電端子は開放状態とする。)。この場合、受動体2が回転動作していることを前提として、その回転動力は、減速機3を介して磁気粘性流体装置4において制動される。
<Power ON of Magnetorheological Fluid Device, Power OFF of Electric Motor>
The
<磁気粘性流体装置の電源ON、電動機の電源ショート>
ユニット制御部8は、第6の所定条件下において、磁気粘性流体装置4に給電を行い、電動機5の給電端子を短絡状態にする。この場合、受動体2が回転動作していることを前提として、磁気粘性流体装置4において制動力が発生するとともに、電動機5においても回生による制動力が発生するため、大きな制動力が得られる。また、電動機5では電力を消費することなく制動力を発生するため、前記第5の所定条件下における制動動作と比較して、省エネ化が図られる。
<Power ON of Magnetorheological Fluid Device, Power Supply Short of Motor>
The
なお、上記第1〜第6の所定条件は、ユニット制御部8に入力される各種の情報に基づく条件とすることができる。前記各種の情報は特定のものに限定されるわけではないが、例えば、回転センサ24からの信号により検出される受動体2の回転速度、回転位置等や、ユニット1の外部の装置から提供される情報等が挙げられる。
The first to sixth predetermined conditions can be conditions based on various types of information input to the
<他の実施形態>
既述した実施形態において、ユニット制御部8は、第4の所定条件下において、磁気粘性流体装置4および電動機5の双方に給電を行い、電動機5の回転動力が磁気粘性流体装置4における制動を経て、減速機3を介して受動体2に入力される旨を説明したが、この実施態様については更に応用が可能である。
<Other embodiments>
In the above-described embodiment, the
例えば、受動体2をユーザの操作行為に伴って回転する部品、部材等(例えば乗り物のハンドル又はこれと連動する部品など)とした場合において、操作行為を行っているユーザに何らかの注意を促すべき事態が発生し、その旨の情報がユニット制御部8に入力された場合に、ユニット制御部8は、第4の所定条件が成立したものとみなして、電動機5を回転させながら、磁気粘性流体装置5に供給する電流値を繰り返し急変させる(例えば電流値をパルス状に変化させる)ようにしてもよい。これにより、受動体2(例えば乗り物のハンドル又はこれと連動する部品など)に回転振動が生じ、ユーザに当該注意を促すことが可能となる。
For example, when the
既述した実施形態に係る磁気粘性流体装置ユニット1は、受動体2と磁気粘性流体装置4との間に減速機3を設けたものであったが、減速機3を省略して、受動体2と磁気粘性流体装置4とを直接連結したものとしてもよい。
The magnetorheological
本発明は、例えば、外力により回転する受動体の回転動作を制動するためのものとして適用することが可能である。 The present invention can be applied, for example, as a brake for the rotational movement of a passive body that is rotated by an external force.
1 磁気粘性流体装置ユニット
2 受動体
3 減速機
4 磁気粘性流体装置
5 電動機
5b 回転軸
7 電動機用電流供給部(電気回路)
11 回転部
14 磁気粘性流体
18 コイル
23 電磁石
DESCRIPTION OF
11
Claims (3)
前記受動体と連動して回転する回転部と、磁気粘性流体に磁場を付与する電磁石とを有し、前記磁気粘性流体に付与する磁場の強さに応じた回転負荷を前記回転部に生じさせる磁気粘性流体装置と、
前記磁気粘性流体装置の前記回転部と連動して回転する回転軸を有する電動機と、
前記電動機の給電端子を短絡状態または開放状態にすることが可能な電気回路と、
を備えることを特徴とする磁気粘性流体装置ユニット。 A passive body rotated by external force,
A rotating unit that rotates in conjunction with the passive body; and an electromagnet that applies a magnetic field to the magnetorheological fluid, and causes the rotating unit to generate a rotational load corresponding to the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid. A magnetorheological fluid device;
An electric motor having a rotating shaft that rotates in conjunction with the rotating portion of the magnetorheological fluid device;
An electrical circuit capable of short-circuiting or opening the power supply terminal of the motor;
A magnetorheological fluid device unit comprising:
前記電気回路は、前記電動機の給電端子を短絡状態、開放状態または給電状態にすることが可能なものである、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置ユニット。 The magnetorheological fluid device unit according to claim 1,
The electric circuit is capable of setting a power supply terminal of the electric motor to a short circuit state, an open state, or a power supply state.
A magnetorheological fluid device unit.
前記磁気粘性流体装置の前記回転部と前記受動体との間に、前記磁気粘性流体装置側から前記受動体側へ向かって回転速度を減じる、減速機が連結されたことを特徴とする磁気粘性流体装置ユニット。
In the magnetorheological fluid device unit according to claim 1 or 2,
A magnetorheological fluid characterized in that a reduction gear is connected between the rotating part of the magnetorheological fluid device and the passive body to reduce the rotational speed from the magnetorheological fluid device side toward the passive body side. Equipment unit.
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