JP2021014877A - 磁気粘性流体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気粘性流体の分散媒の種類にかかわらず、特性値が周囲の環境温度等による影響を受け難い磁気粘性流体装置を提供すること。【解決手段】ロータ３と、ロータ３に対して微小隙間１７を介して対向する対向面１１ａを有するヨーク１１と、微小隙間１７に介在する磁気粘性流体５と、微小隙間１７を貫通する磁路を形成する磁路形成手段４と、を備え、ヨーク１１に接触して設けられ、ヨーク１１の加熱又は冷却を行う温調部６をさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、相対回転可能に設けられた部材間に磁気粘性流体を介在させ、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、上記部材間で伝達されるトルクを変えることができる磁気粘性流体装置に関する。

この種の磁気粘性流体装置は、例えば特許文献１，２に開示されている。同文献に開示された磁気粘性流体装置は、円板とケーシングとの間に磁気粘性流体を介在させ、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、円板とケーシングとの間で伝達されるトルクを変えることができる。

特開２０１９−０１１７８８号公報 特開２０１９−０３２０５０号公報

ところで、磁気粘性流体装置に封入される磁気粘性流体の分散媒（オイル）の粘度は温度に依存する。このため、磁気粘性流体は、磁場発生用のコイルの発熱や周囲の環境温度に影響されて粘度が変化してしまう。その結果、磁気粘性流体装置の特性値（例えば所定の電流をコイルに印加した場合に発生する回転抵抗など）にも影響が及ぶ。

広い温度範囲で粘度の変化が少ない分散媒を使用したり、分散媒に添加剤を添加することによって環境温度等の変化による磁気粘性流体装置の特性値の変化を抑制することは可能である。しかし、そのような分散媒や添加剤を使用することによって磁気粘性流体装置に悪影響（例えば磁気粘性流体装置の耐久性が低下するなど）が生じることがある。

そこで、本発明は、磁気粘性流体装置に使用される磁気粘性流体の分散媒の種類にかかわらず、特性値が周囲の環境温度等による影響を受け難い磁気粘性流体装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る磁気粘性流体装置は、ロータと、前記ロータに対して微小隙間を介して対向する対向面を有するヨークと、前記微小隙間に介在する磁気粘性流体と、
前記微小隙間を貫通する磁路を形成する磁路形成手段と、を備え、さらに、前記ヨークに接触して設けられ、前記ヨークの加熱又は冷却を行う温調部を備える。

かかる構成を備える磁気粘性流体装置によれば、磁気粘性流体装置に使用される磁気粘性流体の分散媒の種類にかかわらず、特性値が周囲環境温度等による影響を受け難くなる。

本発明の第２の態様に係る磁気粘性流体装置は、第１の態様に係る磁気粘性流体装置において、前記ヨークの前記対向面は、前記ロータの一方の面に対して微小隙間を介して対向しており、前記温調部は、前記ヨークの前記対向面と反対側に接触して設けられ、前記ヨークの加熱又は冷却を行う、ものである。

本発明の第３の態様に係る磁気粘性流体装置は、第１又は第２の態様に係る磁気粘性流体装置において、前記温調部は、前記ロータの回転軸線方向から視て前記ロータを覆う形状および大きさを有する。

本発明の第４の態様に係る磁気粘性流体装置は、第１〜第３の態様に係る磁気粘性流体装置において、前記温調部は、ペルチェ素子である。

本発明の第５の態様に係る磁気粘性流体装置は、第１〜第４の態様に係る磁気粘性流体装置において、前記磁気粘性流体の温度または前記磁気粘性流体の温度変化に伴って温度変化する部分の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出する温度に基づいて前記温調部を制御する制御部と、をさらに備える。

本発明の第６の態様に係る磁気粘性流体装置は、第１〜第４の態様に係る磁気粘性流体装置において、前記磁路形成手段は、コイルを含んでおり、前記コイルの電流抵抗値を検出する抵抗値検出部と、前記抵抗値検出部が検出する電流抵抗値に基づいて前記温調部を制御する制御部と、を備える。

本発明の第７の態様に係る磁気粘性流体装置は、第１〜第６の態様に係る磁気粘性流体装置において、前記温調部は、前記ヨークの前記対向面と反対側に着脱可能に設けられている。

本発明に係る磁気粘性流体装置よれば、磁気粘性流体の分散媒の種類にかかわらず、特性値が周囲の環境温度等による影響を受け難くなる。

第１の実施形態に係る磁気粘性流体装置を示す断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る磁気粘性流体装置を示す断面図である。 第２の実施形態に係る磁気粘性流体装置を示す断面図である。

−第１実施形態−
以下、本発明の第１実施の形態に係る磁気粘性流体装置について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本実施形態に係る磁気粘性流体装置１は、回転軸２、ロータ３、磁路形成手段４、磁気粘性流体５、温調部６、温度検出部７、制御部８等を備えている。

回転軸２は、軸受１０に回転自在に支持されており、回転軸２の一端部にロータ３の中心部が接続されている。

ロータ３は、回転軸２と一体に回転するよう設けられている。本実施形態では、ロータ３は円板状に形成されている。ロータ３は、磁性体で構成されていることが望ましい。

磁路形成手段４は、第１ヨーク１１、第２ヨーク１２、コイル１３等を用いて構成されている。

第１ヨーク１１は、ロータ３の一方の面３ａに対向する対向面１１ａを有する。ロータ３の一方の面３ａと、第１ヨーク１１の対向面１１ａとの間には微小隙間１７が形成されている。本実施形態では、第１ヨーク１１は、軸線方向から視て円状の輪郭を有する。第１ヨーク１１の対向面１１ａと反対側の面１１ｂ（以下「外側面１１ｂ」ともいう。）は平坦に形成されている。第１ヨーク１１の外周側には、コイル１３の配置スペース１１ｃが形成されている。

第２ヨーク１２は、ロータ３の他方の面３ｂに対向する対向面１２ａを有する。ロータ３の他方の面３ｂと、第２ヨーク１２の対向面１２ａとの間にも微小隙間１８が形成されている。本実施形態では、第２ヨーク１２も、軸方向から視て円状の輪郭を有する。第２ヨーク１２の外周側には、コイル１３の配置スペース１２ｃが形成されている。図１に示すように、第２ヨーク１２の外周部１２ｄは第１ヨーク１１の外周部１１ｄと接続されている。また、第２ヨーク１２の内側には、軸穴１２ｅ、軸受ハウジング１２ｆおよび環状溝１２ｇが形成されている。軸穴１２ｅには、回転軸２が挿通されている。軸受ハウジング１２ｆには、回転軸２を支持する軸受１０が嵌合されている。環状溝１２ｇには、シール部材１９が嵌め付けられる。なお、シール部材１９は、磁気粘性流体５が外部に漏出しないように、回転軸２と第２ヨーク１２との隙間をシールしている。

コイル１３は、電流印加時に、上記微小隙間１７，１８を直交する磁路を形成するように設けられている。すなわち、コイル１３に電流が印加されると図１の矢印Ｐに沿った方向に磁路が形成される。本実施形態では、コイル１３は、ロータ３の外側において第１ヨーク１１と第２ヨーク１２との間に環状に配設されている。なお、コイル１３には、図示しない給電装置から所望の電流が供給されるようになっている。

磁気粘性流体５は、第１ヨーク１１および第２ヨーク１２の内側に形成された封入空間２１に封入されている。図１では、灰色に塗り潰した領域が磁気粘性流体５の封入空間２１を表す。この磁気粘性流体５は、ロータ３の一方の面３ａと対向面１１ａとの微小隙間１７、並びに、ロータ３の他方の面３ｂと対向面１２ａとの微小隙間１８に介在し、これらの間で粘度に応じたトルク伝達を行う。

磁気粘性流体５は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体である。磁性粒子として、例えば、ナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）を使用することができる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではなく、一般的に磁気粘性流体に用いられる周知の分散媒を用いることができる。

温調部６は、第１ヨーク１１の外側面１１ｂに接触して設けられ、第１ヨーク１１の加熱又は冷却を行う。本実施形態では、温調部６としてペルチェ素子が用いられる。また、本実施形態では、図１に示すように、温調部６の第１ヨーク１１側の面は、微小隙間１７に対して平行に配設されている。

温度検出部７は、磁気粘性流体５の温度を検出するためのものであり、例えば温度センサを用いて構成される。図１に示すように、温度センサの感温部７ａは、磁気粘性流体５内に配置されることが望ましい。図１に示す例では、感温部７ａは、第１ヨーク１１の対向面１１ａに沿った面上で、ロータ３の外周より外側に配置されている。

また、温調部６の磁気粘性流体５と反対側の面７ｂには、放熱・吸熱部材１４が設けられている。放熱・吸熱部材１４は、温調部６側が比較的高温になると、温調部６から伝導する熱を外部に放熱し、温調部６側が比較的低温になると、外部から吸熱した熱を温調部６側に伝導する。放熱・吸熱部材１４として、銅合金、アルミニウム合金等の熱伝導性に優れた材料を使用することができる。例えば、アルミニウム合金からなるヒートシンク等を使用することができる。本実施形態では、放熱・吸熱部材１４は、非磁性体からなる環状の部材２３の内側に固定され、環状の部材２３は、固定具２２（本実施形態ではボルト等）によって第１ヨーク１１および第２ヨーク１２に固定されている。温調部６は、放熱・吸熱部材１４と第１ヨーク１１に挟まれた状態で、環状の部材２３の内側に固定されている。なお、本実施形態では、温調部６、放熱・吸熱部材１４および部材２３は、互いに一体に設けられており、固定具２２によって第１ヨーク１１に対して着脱可能に取り付けられている。

また、温調部６は、ロータ３の回転軸線方向から視てロータ３を覆う形状（円形状）および大きさを有する。

制御部８は、温度検出部７が検出する磁気粘性流体５の温度に基づいて温調部６に供給する電流を制御する。具体的には、温度検出部７が検出する磁気粘性流体５の温度が所定の温度に近づくように温調部６に供給する電流や電流の極性の切り替えを行う。制御部８は、例えば、磁気粘性流体５の温度が所定の目標温度（例えば２０℃）より所定温度（例えば１℃）以上高温（例えば４０℃）である場合、その温度が目標温度に対して所定範囲内（例えば目標温度±０．５℃）に下がるまで温調部６が第１ヨーク１１を冷却するように温調部６に電流を供給する。一方、磁気粘性流体５の温度が所定の目標温度（例えば２０℃）より所定温度（例えば１℃）以上低温（例えば−５℃）である場合、その温度が目標温度に対して所定範囲内（例えば目標温度±０．５℃）に上昇するまで温調部６が第１ヨーク１１を加熱するように、温調部６に電流を供給する。なお、制御部８は、マイコン等を用いて構成してもよいし、マイコンを含まない電子回路を用いて構成してもよい。

以上に説明した磁気粘性流体装置１によれば、磁気粘性流体５の温度を所定の好ましい温度に維持することができる。このため、磁気粘性流体装置１に使用される磁気粘性流体の分散媒の種類にかかわらず、特性値（例えば所定の電流をコイル１３に印加した場合に発生する回転軸２の回転抵抗）が周囲の環境温度、コイル１３の発熱等による影響を受け難いものとなる。

特に、温調部６は、ロータ３と第１ヨーク１１との微小隙間１７から比較的近い位置に設けられているため、第１ヨーク１１を介して微小隙間１７に介在する磁気粘性流体を効率的に加熱・冷却することができる。

また、温調部６は、ロータ３の回転軸線方向から視てロータ３を覆う形状および大きさを有するため、微小隙間１７に介在する磁気粘性流体を全体的に均一且つ迅速に加熱・冷却することができる。

＜温度検出部の変形例１＞
上記温度検出部７は、温度センサを用いて磁気粘性流体５の温度を検出するものであったが、磁気粘性流体５の温度と磁気粘性流体装置１における他の部分（磁気粘性流体５以外の部分）の温度（例えば、第１ヨーク１１、第２ヨーク１２等の温度）はある程度連動する。また、他の部分の温度から磁気粘性流体５の温度をある程度推定することもできる。よって、磁気粘性流体の温度を検出する代わりに、他の部分の温度を検出し、制御部８が温度検出部が検出する他の部分の温度に基づいて温調部６に供給する電流を制御するようにしても、磁気粘性流体５の温度をある程度所望の温度に維持することができる。なお、このことは、後述する第２実施形態でも同様のことがいえる。

＜温度検出部の変形例２＞
上記温度検出部７は、温度センサを用いて磁気粘性流体５の温度を検出するものであったが、磁気粘性流体の温度を検出する代わりに、図２に示すように、コイル１３の電流抵抗値を検出する抵抗値検出部２６を設けて、制御部８が抵抗値検出部２６が検出する電流抵抗値に基づいて温調部６に供給する電流を制御するようにしても、磁気粘性流体５の温度をある程度所望の温度に維持することができる。すなわち、コイル１３の電流抵抗値（銅の電流抵抗値）はコイル１３の温度が高くなると高くなり、コイル１３の温度が低くなると低くなるため、コイル１３の電流抵抗値によって、コイル１３の温度を推定することができ、コイルの推定温度によって磁気粘性流体５の温度もある程度推定することができるからである。なお、このことは、後述する第２実施形態でも同様のことがいえる。

＜温調部の取付場所＞
第１実施形態における温調部６の取り付け場所は、磁気粘性流体５の温度を所望の温度に維持し易い場所の一例である。上記以外の場所で、第１ヨーク１１又は第２ヨーク１２に温調部６を接触させて設置しても磁気粘性流体５の温度をある程度所望の範囲に維持することは可能である。なお、このことは、後述する第２実施形態でも同様のことがいえる。

＜温調部の大きさ＞
既述した実施形態における温調部６は、ロータ３を覆う形状および大きさを有するため、微小隙間１７に介在する磁気粘性流体を全体的に均一且つ迅速に加熱・冷却することができるが、温調部６がロータ３を覆う大きさを有しないものであっても、磁気粘性流体５の温度をある程度所望の範囲に維持することは可能である。なお、このことは、後述する第２実施形態でも同様のことがいえる。

−第２実施形態−
以下、本発明の第２実施形態に係る磁気粘性流体装置１Ｂについて説明する。なお、以下の説明では、各部を構成する部材の機能が第１実施形態で説明した磁気粘性流体装置１におけるものと同様の機能を果たす場合は、多少形状等が相違していても第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

第２実施形態に係る磁気粘性流体装置１Ｂは、図３に示すように、回転軸２、ロータ３、磁路形成手段４、磁気粘性流体５、温調部６、温度検出部７、制御部８等を備えている。

磁路形成手段４は、第１ヨーク１１Ａ、第２ヨーク１２Ａ、コイル１３等を用いて構成されている。第２実施形態に係る磁気粘性流体装置１Ｂが第１実施形態に係る磁気粘性流体装置１と相違する主な点は、第１ヨーク１１Ａ、第２ヨーク１２Ａ、ロータ３、温調部６、放熱・吸熱部材１４の形状、大きさ等である。

すなわち、図３に示すように、第１ヨーク１１Ａは、平板状に形成されており、ロータ３の直径と略同一とされている。第２ヨーク１２Ａは、ロータ３側に開口した断面コ字状に形成されており、ロータ３の他方の面３ｂに対向する対向面１２Ａａがコイル１３より内側とコイル１３より外側とに形成されている。温調部６は、第１ヨーク１１Ａと略同じ形状および大きさとされている。放熱・吸熱部材１４は、温調部６の全体に密着するように設けられている。なお、第１ヨーク１１Ａ、第２ヨーク１２Ａおよび温調部６は、非磁性体からなる円筒部材２７に嵌め込まれて固定されている。

また、放熱・吸熱部材１４は、ボルト等の固定具２２にて円筒部材２７に対して着脱可能に固定されている。これに伴い温調部６も第１ヨーク１１Ａ等に対して着脱可能となっている。

コイル１３は、電流印加時に、微小隙間１７，１８を直交する磁路を形成するように設けられている。すなわち、コイル１３に電流が印加されると図３の矢印Ｐに沿った方向に磁路が形成される。本実施形態では、コイル１３は、第２ヨーク１２Ａの環状溝に配設されている。なお、コイル１３には、図示しない給電装置から所望の電流が供給されるようになっている。

＜温調部の後付け＞
以上に説明した第１および第２実施形態では、温調部６および放熱・吸熱部材１４は、第１ヨーク１１に対して着脱可能に取り付けられているが、温調部６および放熱・吸熱部材１４を持たない磁気粘性流体装置に対しても、第１ヨークおよび第２ヨークの形状・構造等が第１又は第２実施形態のものと同様であれば、簡単な施工（例えば固定具２２用のネジ穴の加工等）をすることにより、図１〜図３に示したような温調部６付きの磁気粘性流体装置１，１Ａ，１Ｂを構築することができる。

本発明は、例えば、相対回転可能に設けられた部材間に磁気粘性流体を介在させ、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、上記部材間で伝達されるトルクを変えることができる磁気粘性流体装置に適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ 磁気粘性流体装置
２ 回転軸
３ ロータ
３ａ ロータの一方の面
３ｂ ロータの他方の面
４ 磁路形成手段
５ 磁気粘性流体
６ 温調部
７ 温度検出部
８ 制御部
１１ 第１ヨーク
１１ａ 対向面
１１ｂ 外側面
１２ 第２ヨーク
１２ａ 対向面
１３ コイル
１４ 放熱・吸熱部材
１７，１８ 微小隙間
１９ シール部材
２２ 固定具
２６ 抵抗検出部

Claims (7)

1. ロータと、
   前記ロータに対して微小隙間を介して対向する対向面を有するヨークと、
   前記微小隙間に介在する磁気粘性流体と、
   前記微小隙間を貫通する磁路を形成する磁路形成手段と、
   を備える磁気粘性流体装置であって、
   前記ヨークに接触して設けられ、前記ヨークの加熱又は冷却を行う温調部を備えることを特徴とする磁気粘性流体装置。
2. 請求項１に記載の磁気粘性流体装置において、
   前記ヨークの前記対向面は、前記ロータの一方の面に対して微小隙間を介して対向しており、
   前記温調部は、前記ヨークの前記対向面と反対側に接触して設けられ、前記ヨークの加熱又は冷却を行う、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
3. 請求項１又は２に記載の磁気粘性流体装置において、
   前記温調部は、前記ロータの回転軸線方向から視て前記ロータを覆う形状および大きさを有する、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気粘性流体装置において、
   前記温調部は、ペルチェ素子であることを特徴とする磁気粘性流体装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気粘性流体装置において、
   前記磁気粘性流体の温度、または前記磁気粘性流体の温度変化に伴って温度変化する部分の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部が検出する温度に基づいて前記温調部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする磁気粘性流体装置。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気粘性流体装置において、
   前記磁路形成手段は、コイルを含んでおり、
   前記コイルの電流抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
   前記抵抗値検出部が検出する電流抵抗値に基づいて前記温調部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする磁気粘性流体装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の磁気粘性流体装置において、
   前記温調部は、前記ヨークの前記対向面と反対側に着脱可能に設けられている、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。