JP4695835B2 - 磁界応答材料を有するブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ、クラッチ、抵抗生成装置及び運動制御装置の領域に関する。特に本発明は、回転動作装置又は線形動作装置におけるトルクを制御するための磁界応答材料を使用する装置に関する。

制動のための磁界応答材料を使用し振動及びショックを制御する装置は、周知である。そのような磁界応答材料は、当業者に周知の適当な磁気流動性（ＭＲ）材料から成る。説明が更に進むにつれて、磁界応答材料は「ＭＲ媒体」も又は「ＭＲ材料」又は「磁界応答材料」又は「磁界制御可能材料」のいずれかで呼ばれている。さらに、この開示の全体にわたって明瞭にするために、そのような磁界制御可能材料を使用している装置は、一般に「磁気流動性装置」又は「ＭＲ装置」又は「磁界制御可能装置」又は「磁界応答装置」と称する。ＭＲ装置は、「回転動作」又は「線形動作」の変形のものであってもよく、可変制御トルク又は力を与えることができる。周知のＭＲ装置は、例えば回転ブレーキ、回転クラッチ及び線形制動器を含む。

磁界制御可能装置は、一般に一定量の磁気的に制御可能材料が入っているハウジング又は室及び可動部材、例えばハウジングの中の材料を通って動くように取り付けられたピストン又はロータ、を備えている。磁場発生器（コイル又は永久磁石）は、制御可能材料の所望の領域を通して磁束を導くための一つ以上の磁極片を通る磁界を発生する。

ＭＲ装置において使用される磁界制御可能材料は担体（液体のことが多い）の中に分散した軟磁性又は磁化可能な粒子から成っている。多くの現在の用途が液体担体を使用するが、担体がまた、気体状の分散体、例えば粉として、から成っていてもよいことが分かるであろう。しかし、必要な担体は、ＭＲ装置のための特定の用途に左右される。代表的な粒子は、種々の形を有するが、球形で約５００ミクロン乃至約０．１ミクロンの間の平均直径を有するのが好ましいカルボニル鉄又はステンレス鋼、などを含む。担体材料は、例えば作動油を含む。

動作時には、磁界制御可能材料は、流動性変化、すなわち、磁界に曝されると、即座に、粘性又は剪断に対する抵抗の増加を呈する。磁界制御可能材料を通過する磁場の大きさが大きければ大きいほど、ＭＲ装置によって達成できる剪断応力又はトルクが高くなる。そのようなＭＲ材料は、ノースカロライナ州ケアリー（Ｃａｒｙ）のロード（Ｌｏｒｄ）社から種々の処方で商業的に容易に入手可能であり、特定のＭＲ材料の選択は、ＭＲ装置のための所望の用途によって一般に決定される。

ＭＲ装置、特にＭＲブレーキ、は、運動を制御することが必要なときはいつでも使われるとともに、動的システムにおいて速度又はエネルギーの散逸を制御することが望ましい用途において使われる。これは、システムが空気圧技術によって、手動で作業者によって又はもう一つの動力発生手段によって駆動されるかどうかにかかわりないシステムを含む。特定の用途は、回転装置における制御可能なエネルギー散逸である。エネルギーは、位置及び／又は速度の制御を与えるため又は所望の抵抗トルクを発生するために動的システムから除かれる。

そのようなシステムの例は、車両、フォーク・リフト、等において適用される可能性のあるようなワイヤ駆動システムを含む。そのような用途においては、異なる方法で制御されたシステムにおいて従来の機械的制御装置の機能を維持することが望ましい。例えば、磁気ブレーキを実施するステアリングホイールが用いられてもよいが、電子装置を使用して、制御されるべき装置（例えば操舵車輪、操縦装置面、その他）を作動させるためのモーター（例えばサーボモータ）に信号を与える。サーボモータによって動かされた装置の位置に従い、作業者に触覚フィードバックを与えることが望ましいことがある。したがって、ＭＲブレーキを組み込んでいる車輪を回すとき、位置センサ及び適当な電子装置は、ＭＲ材料に影響を与えるために磁気ブレーキにある磁界発生器を作動させることによってトルク・フィードバックを与え、ブレーキのロータによる運動に対する抵抗を大きくするように実施されてもよい。例えば、そのような用途は、純粋に機械的システムの触覚フィードバックを真似る方法で、作業者に対して現実的な「感じ」を維持させるように、MRブレーキが取り付けられているステアリングホイールであってもよい。

これらの装置の使用に割り当てられる空間は、制限され、特定の用途では、装置をできるだけ小さくしておき、しかもなお、制御装置に充分な抵抗を与えることを必要とすることが多い。特定の用途の空間制限に適応させるためにコンパクトな、一体型装置を提供することが望ましい。

前述のことは、本磁界応答装置において存在すると知られている設計基準を例示している。したがって、本装置と関連した一つ以上の基準に対処する磁界応答装置を提供することに向けられた代替品を提供することは、有益である。したがって、以下により完全に開示される特徴を備える適当な代替品が提供される。
なし なし

本発明の目的は、設置空間が限られている用途に適応できるコンパクトで一体型のMRブレーキを提供することである

本発明の一態様において、制御可能なブレーキには、第１及び第２のロータ表面、外周辺部及び外周辺部のすぐ近く又は外周辺部にある少なくとも一つの作業部分を有するロータを備えている。シャフトがロータにそれらの間の相対回転を抑制するようにしてシャフトの一端に接続されている。ハウジングは、中にロータをそれが回転できるようにして収容する第１の室及びロータから間隔を置いて配置され、磁界発生器と作業部分の間に制御可能材料を通ってロータの少なくとも一つの作業部分に向かう方向に延びる磁束を運ぶように構成され配置された磁界発生器を備えている。制御可能材料は、ロータの少なくとも一つの作業部分と接触して第１の室の中に入っている。電子装置がブレーキの動作を制御及び／又は監視するために設けられている。そのような電子装置は、その他の類似の回路及び／又は光学的、磁気的などの当業者には容易に明らかであるような構成要素の他に、センサ、電力増幅器、信号調整器、制御アルゴリズムに用いるアナログ又はデジタル回路、通信回路を備えている。さらに詳しくは、シャフトは、互いに間隔を置いて配置された少なくとも二つの軸受によって支持されてもよい。軸受は、第２のハウジング室を画成するようにしてハウジングに取り付けられている。制御電子機器は、第２の室に収容されている。第２の室は、第１の室に大体隣接している。

本発明の好ましい実施例の説明のために、用語「作業部分」は、磁界を加えると、ロータの動きを妨げるためにＭＲ媒体によって係合されるロータの部分をいう。

本発明の別の態様において、制御可能なＭＲブレーキが第１及び第２のロータ表面、外周辺部、及び前記第１及び第２のロータ表面の少なくとも一方に外周辺部のすぐ近くの位置にある作業部分を含むロータを備えている。ロータは一方のシャフト端部でシャフトに固定され、ロータとシャフトは一緒に回転できる。ハウジングには回転可能にロータを中に収容している第１の室及びロータから間隔を置いて配置され、外周辺部のすぐ近くにある少なくとも一方の表面と接触している第１のハウジング室にある多量の制御可能材料に作用する磁束を伝えるように構成され配置された磁界発生器を備えている。制御可能材料は、少なくともロータの作業部分と接触状態にあるように第１の室の中に入っている。電子装置は、ブレーキの動作を制御し監視する働きをする。より特定の面において、第２の室が、ハウジングの中にあり、その中に収容された電子装置を有するコンパクトで一体型のＭＲブレーキ与えるためにその中に電子装置を収容している。

磁界発生器は、ディスクとして構成されたロータの少なくとも片側に磁界制御可能材料を通って延びる磁束を伝えるように磁極が配置されている電磁コイルであってもよい。代わりに、やはりディスクとして構成されたロータの両側にロータの作業面のところに配置された磁極を有し、ロータの両側面に伸びる磁束を伝えるための電磁コイルであってもよい。

特定の用途において、ロータのためのシャフトは、第２の室が電子装置を収容できるようになっているハウジングの中に二つの軸受によって回転するように支持され、シールがシャフトの周りに第１の室へ入る入口の点に設けられて、第１の室から第２の室への制御可能材料の移動を防ぐために第１の室を封止する。

本発明の更にもう一つの特定の態様において、ねじりばねなどの装置である中央復帰装置が相対的な中央位置に戻るようにロータを押圧するために設けえてもよい。

なお更に、シャフトとロータの間の接続は、ロータとシャフトの間の若干の後戻りを許すように配置されてもよく、制御電子装置は、シャフトの動きを検出するため及びブレーキに接続された制御装置（例えばステアリングホイール）が運動の終わりの位置から容易に逆戻りできるようにするためにシャフトの動きに応じて磁界発生器に磁界を減らさせるように構成できる。

代替構成において、ロータは、外周辺部上と外周辺部のすぐ近くの一部分のロータ表面に作業部分を有するように構成できる。ロータから間隔を置いて配置された磁界発生器は、制御可能材料を通って（１）シャフトに平行でと外周辺部のすぐ近くで作業部分に垂直な方向及び（２）シャフト及びロータの外周辺部に垂線な方向の両方向に延びる磁束を伝えるように構成できる。これは、例えば、ロータの一方の表面上の作業部分に隣接している一方の極及び、外周辺部の外に伸びていてロータの外周辺部と少なくとも同一の広がりを有する他方の極を有する電磁コイルとして磁界発生器を構成することによって行うことができる。

なお更なる態様において、ロータは、第１及び第２のロータ表面及び外周辺部を有するとして構成できる。外周辺部は、ロータの作業部分がロータとシャフトから半径方向に外へ面するように成形され、磁界が作業面に作用する制御可能材料の内部にロータの運動を阻止又は防止するのに充分な剪断応力を誘導できるようにするのに充分な作業面を有する。そのようなロータ構成は、外周辺部がロータの残りの実際の厚さと比較してかなり幅広く形作られたドラム状構成を備えることができる。このようにして、磁界発生器は、いる作業部分と隣接して接触している制御可能材料に作用する磁界を発生するように構成されている。

そのような構成において、ロータが収容されている室の壁は、テーパを付けられてもよい。テーパは、磁界制御可能材料がシャフトから離れてロータの作業面の方へ移動するのを強めるのに十分な量にすることができる。さらに、その他の代替構造物をシャフトのすぐ近くのロータ、ハウジングの中及び／又はシャフト自体の表面に組み込んで、磁界制御可能材料のための曲がりくねった経路をつくり、磁界制御可能材料をシャフトの方へかつシャフトと関連しているシールの方向に移動させ難くして、ロータを収容する室の中に磁界制御可能材料を保持することができる。使用されるシールは、従来のシール及び／又は当業者には容易に明らかであるようなその他の構成（例えば従来の構成の「ｖ−シール」）であってもよい。同様に、従来の軸受（例えばころ要素又は軸受）を、当業者にとって周知で、従来の軸受と交換可能で、乾燥シャフト軸受（これに限るのではなく）などを含む他の形式の軸受と同様にシャフトを支持するのに使用できる。

前述のこと及びその他の面は，添付の図面とともに考慮されるとき、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明のブレーキは一般に必要な機械的ロータとシャフトのほかに、磁界応答材料、磁界発生器及び監視兼制御電子装置／センサから成っているコンパクトで一体型パッケージなっているので従来の制御可能なブレーキの適用できない狭い空間に適用できる。本ブレーキもう一つの利点は、複数のロータを設けることによって、一体型のパッケージをディスクの半径方向に小さくすることができるので小さいブレーキ構成が必要である特定の用途にさらに適切になる可能性があることである。

次に、いくつか図において類似の部品が同じ番号で呼ばれている図面を参照すると、図１は、本発明の第１実施例を例示している。図１に例示のブレーキ１１は、側コイルブレーキである。説明が更に進むにつれて、用語「ブレーキ」が本発明の実施態様を説明するために用いられているが、本発明は、一般に装置１１によって受けられるか又は発生される信号に応答して、散逸トルクをつくるトルク発生装置であることを理解すべきである。本発明の好ましい実施例を説明するために、磁界制御可能材料は、粒子を担体の全体にわたってランダムに分散させている自由に流れる材料として開示されている。しかし、磁界制御可能材料は、また、粒子が隣接粒子に対して固定されている圧縮材料から成っていてもよいと考えられている。

ブレーキ１１は、ロータ２１を中で回転するように収容する第１の室１５を有するハウジング１３を備えている。選択的に、第２のハウジング室１７が設けられ、前記室は、制御電子装置と制御装置（例えばロータ２１の変位又は速度を得るためのセンサ、磁界発生装置３１に送られる低電流信号を大きくするための増幅器、車両運転者又はブレーキから離れた位置にいる第三者と連絡するための制御機構及びそのような外部との連絡を容易にするための通信手段を含む）の任意の組み合わせを囲むことができる。そのような制御電子装置及び制御装置は、図１において略図で表され、２５として識別される。制御電子装置は、装置１１の動作を監視及び／又は制御するために用いられる。本発明のブレーキは、制御電子装置及び制御装置をブレーキに対して外部の位置ではなくブレーキ・ハウジングの中に置くことを可能にしている。これは、コンパクトなブレーキパッケージを提供し、内部に感度の良い制御電子装置及び制御装置を置くことによって、電子装置及び制御装置は、感度の良い電子装置を装置ハウジングの外に置くことを必要とする現在の装置についてより十分にほこり及び微粒子物質から保護されると思われる。説明が更に進むにつれて、第２のハウジング室に置かれる構成要素は、例えば「電子装置」又は「制御電子装置」として一般に説明されるが、この用語は制限であるべきでなく、本発明の発明者は電子形式の装置だけに限られることを望まないことを理解すべきである。むしろ、第２の室に収容される装置及び構成要素に関する用語は、さらに一般的に定義され、装置の動作を制御及び／又は監視するための任意の適当な手段から成るべきで、そのような手段は、電子装置及び／又は機械的構成要素から成っていてもよい。

本発明の第１実施例を説明するために、ロータ２１がディスク形で、ハウジング室１５の中で回転するようにハウジング１３の中でシャフト２３に支持されている。ロータは、第１及び第２の表面並びに外周辺部を備えている。前記表面は、磁気磁界が作用するロータの表面上の領域で、外周辺部の近くに作業部を備えている。前記作業面は、図１の４２で識別される。加えられた磁気磁界と関連している代表的な磁束線３７は、図１において破線で示されている。

ブレーキ・ハウジング１３は第１の室１５がある開放端を備え、開放ハウジング端と室は閉じ板１９によって閉じられて密閉される。第１の室には、また、中に、多量の磁界制御可能材料４１及び磁界発生器２９が入っている。磁界発生装置は、例えば、一つの構成において、コイル３１及び極片３３を備えている。活性化されると、磁界発生器２９は磁束３７をつくる。図１においては、磁束３７はロータの片側だけに示されている。しかし、磁界は、シャフトの縦軸線の周りに円環状にかつロータの外周辺部の近くの全作業面４２に沿って作用する。磁界のあることによって、磁界応答材料４１がそれの流動性（レオロジ）に変化を生じて、磁界応答材料のせん断の開始を誘発するために上回られなければならない高い降伏応力の発現をもたらす。一般に、磁界のないときには、粒子は組織されてないか又は自由に分散した状態へ戻り、全体としての材料４１の見かけの粘性又はせん断流れ抵抗は、対応して減少する。磁界を作動させることによって、材料４１はロータ２１の作業部分４２に作用してそれの回転運動を抑制する。図１において図式的に材料４１を表すスティップリングは、図１の組織化された様式で示され、粒子の組織化された配置は磁界３７を加えた結果である。明らかなように、回転のためのシャフトを支持しているのは、玉軸受として示されているが、シャフト２３の回転を支持するのに適している任意の適当な軸受から成る軸受３５である。

第１の室１５の中で磁界制御可能材料４１を保持するために、従来のシール２７は、閉じ板１９と極片３３の間の室１５の中の磁界制御可能材料４１を維持するために設けられている。シールは、室１５のそれの必要な位置から、材料の出ることを防ぐのに適している任意の適当なシール部材から成っていてもよい。

第２の室１７の中に収容された監視及び制御電子装置及び制御装置２５は、複数の部品（例えば室１７の壁の中に固定されたセンサによって位置的に検出される回転ディスク）備えていてもよい。センサは、回転シャフト２３と接触していてもいなくてもよい。そのようなディスクは、シャフトに沿って例えば中間スリーブ３９を通して取り付けられてもよい。

ブレーキ構成１１において、生成される磁束３７は、事実上ロータ２１（この実施態様ではディスクとして示されている）の表面４２に対して垂直であり、磁束は、磁界制御可能材料を通り抜けるとき、シャフト２３に事実上平行である。

図１に例示の本発明の第１実施例において、ディスク又はロータ２１は、シャフトの一端でシャフト２３によって支持されている。このようにして、ロータ２１を支持することによって、シャフトの長さのかなりの部分は、ブレーキ１１の他の構成要素及びシステムを有効に支持するのに利用可能である。軸受３５は、シャフトの長さに沿って取り付けられて、ロータに安定性を与えるために必要な軸方向の距離だけ間隔を離して配置されている。そのような軸受位置及び心合せの結果として、室１７は、ハウジング１３、軸受３５及び極片３３によって画成され、その中には、種々のセンサ、電子装置及びその他のシステムを収容できる。ブレーキ１１が一般に必要な機械的ロータ２１とシャフト２３、磁界応答材料４１、磁界発生器２９及び監視兼制御電子装置／センサ２５から成っているコンパクトな、一体型パッケージを代表している。

ロータ２１の片側に沿って磁界発生器２９を置くことによって、ロータ２１と磁界発生器２９の追加の組合せを図１に示されたロータ２１に積み重ねてもよい。任意の数の追加のロータと磁界発生器を設け、磁界発生器２９を適当に重複させ、それによって複数ディスク（所望の用途に適当な）を有するブレーキ構成にしてもよい。複数のディスクと磁界発生器を有するそのようなブレーキ構成は、図１には示されていない。そのような代わりの構成は、閉じ板１９の方向にロータ２１と磁界発生装置２９の図１の配置を何度も繰り返して複製するだろう。第１の実施例のブレーキ１１のもう一つの利点は、複数のロータを設けることによって、一体型のパッケージをディスクの半径方向に小さくすることができるので小さいブレーキ構成が必要である特定の用途にさらに適切になる可能性があることである。

図２は、本発明の第２の実施態様を例示している。第２の実施態様の磁気ブレーキ５１は、図１のブレーキ１１から成る多数の要素から成っている。この別の実施例２において、ブレーキ５１は、一体型の電子装置／センサ５９を収容するための室５５を画成するとともに、ロータ７１を収容するための室５７をも画成するハウジング５３を備えている。図１に図示した実施例と同様に、閉じ板１９が室５７を閉じて密閉するために設けられている。閉じ板は事実上平らなものとして示されているが、閉じ板は、また、プレートに事実垂直に上に伸びてハウジングの周りに巻きつく部分を備えている。玉軸受６７は、シャフト６９を支持する働きをし、従来のシール８７は、磁界応答材料８５が室５７の中から軸受６７の方へ、そして室５７から外へ移動しないようにするために第１の室５７を閉じている。この別の実施例において、ロータ７１は、シャフト６９の端に取り付けられ、ロータ７１に係合してシャフトと一緒に回転可能である。図３と５に関する以下の説明からさらに明らかになるように、ロータはディスク形の構成に限られない。

図１に関する場合のように、スリーブ６５は、シャフト６９に取り付けられることができ、監視及び制御用の電子装置／センサ５９は、例えば二つの部分６１と６３から構成されているとしてさらに詳細に図式的に示されている。第１の部分６１は、ハウジングの中に固定されてもよいし、スリーブ６５に固定的でなく嵌められてもよい。第１の部分６１は、センサ及び／又は検出器と同様に監視及び制御用の電子装置を備えることができる。部分６３は、例えば、スリーブ６５に取り付けられた回転ディスク５２であってもよく、その回転は固定部分６１に取り付けられたセンサによって検出される。したがって、シャフト６９とロータ７１の回転は、磁界発生装置７３の適切な制御をできるようにするために検出できる。

第２の実施態様のブレーキ５１において、電磁界発生装置７３は、図１の構成とは僅かに異なる電磁コイル７５と極片構成を備えている。図２に戻ると、極構成は、第１の半径方向に伸びている極片部分７７と第２の軸方向に伸びている極片部分７９を備えている。第２の極部分は、半径方向に伸びている極片部分７７と閉じ板１９の間に軸方向に伸びている。それぞれのギャップ７４と７６は、ロータ７１の外周辺部と第２の極片部分７９と作業面４２と第１の極片部分７７を離している。電流がコイル７５に加えられると、磁界発生器は、活性化され、それによって室５７及びギャップ７４と７６を満たしている磁界応答材料に作用する磁束８１（図２において破線で表されている）を生成する。磁界８１は、ロータの外周辺部及び表面４２に作用する材料の流動性を変え、それによって、ロータ７１の運動に対する抵抗を与える。図１のブレーキ１１のように、単一のロータ７１／発生器７３の組合せが図２に示されているが、ブレーキ５１は、必要な制動力を与えるために必要な任意の適当な数のロータ／発生器の組合せを備えていてもよい。先に詳述された第１実施例のブレーキと関連した利点は、また、第２の実施態様ブレーキ５１によっても実現される。

本発明の第３実施態様のブレーキは、図３に例示され１０１で総括的に示されている。ブレーキ１０１には、ロータ１０７を中で軸９９の周りに回転するように収容する第１の室１１３を画成し、かつ監視及び／又は制御電子装置１１５を収容する第２の室１１１を前述のようにして画成する中空、円筒形のハウジング１０３がある。第１の室は、また、多量の磁界応答材料１３５を収容している。ロータは、狭いウェブ１１２でつながれた幅広い外側の環状周辺部分１０８を有するほぼＩ形の断面を備えるドラム形のロータである。ロータ１０７は、シャフトの長さに沿って大体第１及び第２の実施態様のブレーキ１１及び５１に関して前述した方法で軸受１３３によって支持されるシャフト１０５の一端に従来の方法で固定されている。閉じ板１０９は、ハウジング１０３の一端を密閉して閉じる働きをする。板１１４は、対向するハウジング端を閉じて密閉する。ロータは、任意の適当な断面を備えていてもよく、その他の適当な構成は、例えばＣ形断面及びＬ形断面を備えていることがある。

監視及び／又は制御電子装置１１５は、例示的な形式で、表面に適当な切欠き又はその他の検出可能なしるしを有する回転ディスクの組合せを備えることができる。回転ディスク１１７は、シャフト１０５に固定されたスリーブ１１８に取り付けできる。電子装置１１５のその他の構成要素１１９は、構成要素がスリーブ１１８を囲んでスリーブ１１８と接触しないようなやり方で室１１１の中に固定できる。このようにして、構成要素１１９はスリーブ１１８と一緒に回転しない。１２１に略図で示されたセンサ又はブラシをディスク１１７の相対回転を検出するために部材１１９に取り付けできる。

図３の実施態様において、材料１３５の第１の室１１３から第２の室１１１への移動を防ぐために必要なシール１３２は、軸受支持板１１６の中に嵌めて示されている。そのような適当なシールは、第１及び第２の実施態様のブレーキの説明に開示されたシールを備えていてもよい。適当な従来のシールが軸受支持板１１６の中又は軸受１３３の内部に支持されてもよい。環状囲い板１２０が板１１４と１１６の間に置かれている。囲い板１２０は、板１１４及び１１６と結合して室１１１の内部に検知手段１１５を囲んでいる。

再び第３の実施態様のブレーキ１０１のロータ１０７へ戻ると、ロータ１０７は、前述のディスク２１及び７１のような事実上ディスク形ではない。図３に示されているように、ロータの拡大周辺部分１０８は、１２３で総括的に表されている磁界発生器の電磁コイル１２５のすぐ近くに位置している。磁界応答材料１３５を表している点描によって示されているように、環状隙間１２２が部分１０８と磁界発生器を離し、ギャップ１２２は多量の磁界制御可能材料１３５で事実上満たされている。磁界発生器１２３によって発生された磁界は、材料１３５及び１０８で表されたロータの部分を通って延びている。磁界は、図３において破線で表されている磁界１２９によって例示されている。

磁界発生器１２３は、一般には、電磁コイル１２５及び極片１２７から構成され、それらが協働して、破線の磁束線１２９によって表される磁束を発生し、磁束は事実上シャフト１０５及びロータ１０７の周辺部に垂直である方向に材料１３５を通って延びている。図３に示されているように、磁界発生器は、ロータ１０７から半径方向に外方に置かれている。

第３の実施態様のブレーキ１０１は、中央復帰動作装置（例えば第１のハウジング室１１３の内部に取り付けられているねじり中央復帰ばね１３１）を備えている。その他の中央復帰装置は、バンジー・コード又はその他の形式の弾性構成要素を備えている。一般に、適当な中央復帰装置は、ロータ及び／又はシャフトが中央若しくはスタート位置又は向きから変位させられると、エネルギーを蓄え、次に、特定の変位量で、ロータ及びシャフトをスタート方位に返すために蓄積エネルギーを放出する任意の装置である。蓄積エネルギーの解放をもたらす特定の変位は、例えば、作業者がシャフト又はロータを開放すること又はシャフト又はロータが最大角変位に達することを含む。ねじり復帰ばね１３１は、ブレーキ１０１が関連する装置（例えば、装置の中央位置にあるステアリングホイール）の中央位置で一般にトルクのない状態をとる。中央復帰部材は、ブレーキが関連している装置（例えばホイール）を回すと、即座に次第に大きくなる中央位置への復帰トルクを加えるように、ロータ１０７及び閉じ板１０９の両方にそれの端で従来通りに固定されている。中央復帰装置には、多くの装置及び取付け形態がある。

図４は、第１実施例のブレーキ１１と同様の第４の実施態様のブレーキ２０１を例示している。第４の実施態様のブレーキにおいては、ブレーキ・ハウジング２０３は第１の室２１５を備え、その中ではロータ２１９が中で回転するように置かれ、ロータがシャフト２０９の一端に固定されている。室２１５には、多量の磁界応答材料２１７が入っている。従来のシール２１３が室２１５から磁界制御可能材料が移行しないようにすることによって室２１５を封止している。ブレーキ２０１が完全に組立てられたあと、閉じ板２０７が室２１５を閉じる。軸受２１１がロータ２１９を支持しているシャフトの端部から間隔をおいてシャフト２０９を支持している。ハウジング２０３は、また、監視及び制御電子装置及び制御装置を収容するための第２の室２０５を画成している。制御手段は、略図で表されて図４の２２９で参照される。ねじり復帰ばね２３１が第２の室２０５の中に設けられ、第２の室２０５の内壁及び制御手段２２９の部分をまた一緒に回転するように取り付けできるスリーブ２３２にばね端部で固定されている。スリーブは、シャフト２０９と一体に回転するように作られ、シャフト一緒に回転する。

図４に例示の本発明の実施態様においては、磁界発生器２２１は、Ｕ字形の断面を有する環状極片２２５及び極片の開放部分内にディスク形のロータ２１９の外周辺部から半径方向に外方にかつそれに隣接して置かれた電磁コイル２２３を備えている。極片２２５は、組立及び製作の容易さのために独立した極片から成っていてもよい。図４に示されているように、極片２２５ａ及び２２５ｂの脚又は側面部分は、シャフト２０９の中央縦回転軸線の方へかつロータの作業面２１９ａ及び２１９ｂに隣接して延びている。ギャップは、極片脚２２５ａ、２２５ｂと電磁石２２３をロータ２１９から離し、磁界制御可能材料２１７が事実上ギャップを満たしている。図４において破線として示された磁束線２２７は、材料２１７の流動性を変化させ、それによってロータ２１９の作業面２１９ａ、２１９ｂにそれの回転を妨げるように作用するトルク散逸力を発生する。

第５の実施態様のブレーキ３０１が図５に開示され、第５の実施態様のブレーキは図３の実施態様に類似している。

第５の実施態様のブレーキは、一体型制御電子装置又は制御装置のような制御手段を収容する室３０５を有するハウジング３０３を備え、それらは、３１１に略図で示されている。シャフト３０９は、第２の室３０５を通して第１の室３０７に伸び入り、ロータ３１５は第１の室３０７の中でシャフト端部に支持されている。室３０７は、軸方向の端で板３５１及び３７１によって閉じられて封止されている。本発明の第５の実施態様において、ロータ３１５は、図３の第３の実施態様において例示されたロータと同様の「ドラム・スタイル」のロータである。ロータは、比較的狭いウェブでつながれた幅広い環状外周辺部を備えている。シャフト３０９は、二つの軸受３１３によってロータから離れて回転するように支持され、軸受は、本発明の目的のために、前述の実施例において例示したころ軸受に対する適当な代替である従来の「乾式シャフト」軸受である。本発明のこの第５の実施態様においては、シャフト３０９は、軸方向の負荷を維持して、負荷のかかったシャフトの軸方向の動きを防ぐのに適当に支持されている。従来の構成の従来のスラスト軸受３１７が軸方向のシャフト荷重を支持するためにシャフト３０９に沿ってロータ３１５及び軸受３１３の間に設けられている。

磁界発生器３５０は、ロータ３１５の外周辺部から半径方向に外方に置かれている。磁界発生器は、磁界応答材料３１９とロータ周辺部が組み合わさって図５に破線で表された磁束線３２９によって表された磁束を発生する電磁コイル３２５を囲む環状極片３２７を備えている。図５に示すように、磁界応答材料は、ロータの外周辺部と磁界発生器を切り離している環状隙間に置かれている。

第５の実施態様のブレーキ３０１において、室３０７の軸方向の端を閉じる板３５１と３７１は、それぞれテーパの付いた内壁３３１と３３３を備えている。図５に示されているように、壁は、回転軸線３７３から外方に大体テーパを付けられている。室は、軸線からの距離が減少するにつれて、次第に狭くなり、逆にいえば、室は、軸線からの距離が大きくなるにつれて、次第に広がる。室の最大軸方向寸法は、ロータ外周辺部と磁界発生器３５０のすぐ近くで生じている。前述の室のテーパの結果として、磁界応答材料の剪断率は、事実上一定されるか又は、軸線からの距離が大きくなるにつれて、大きくすることができ、軸方向の室寸法は減少し、制御可能材料３１９の移動がシール３２１から離れて矢印３３５の方向に促進されるようになっている。本実施例におけるシール３２１は、それが乾燥したシャフト軸受３１３をロータが回転するにつれて、ロータ３１５の表面に対してすべるシール３２１の延長部の間に材料のない領域を作るｖ−シールの形をとることができ、材料が軸受、この場合軸受３１３、と接触しないようにする。その他の面シール及びリップシール構成をこの領域に使用できる。同様に、図示の井戸構造３１４が材料をシール３２１から離して保持するのに役立つねじれた経路をつくる。

図６は、図５の線６ー６に沿った断面図で例示し、シャフト３０９とロータ３１５を接続するための一つの構成を表す。図６に示すように、シャフト３０９は、ロータの中の嵌合正方形孔の中に嵌るロータ３１５の領域で長方形として形作られている。それは、シャフト３０９とロータ３１５の間の相対的なすべり又はバックラッシュを可能にすることはそのような構成において可能である。いくつかの場合において、そのようなすべり又はバックラッシュを可能にすることは望ましいことがある。例えば、ブレーキが関連している装置がそれの運動の終点に達し、電磁界が一杯の強さであるとき、そのようなすべり又はバックラッシュは、ロータの動きを制御手段（磁界の低減を引き起こさせ、それによってブレーキと関連した装置を運動の終わりの位置から離すことができるようにする）のセンサによって検出されることなく、シャフト３０９の比較的小さな動きを可能にするのが望ましいことがある。このような方法で、装置は、移動位置の端にあることと関連している強い材料剪断応力を最初に克服する必要なしに運動位置の終わりから遠くへ移されてもよい。正方形の配置が示されているが、その他の構成、例えば溝付シャフトのような溝付の円形の断面及びロータ上のみぞ付係合面（寸法が僅かに合っていない）が、その他の配置と同様に、当業者に直ちに明らかであるような他の構成と同様の機能を与えることができる。

また、当業者に直ちに明らかであるように、種々の実施態様の種々の特徴は特定の構成に適当であるように交換されることができ、ロータが片側だけシャフトによって支持され、シャフトを支持する二つの軸受を有するブレーキを与えることによって、全ての場合において、一つのハウジングに種々のセンサ、制御手段電子装置及びシステムが一体型のパッケージで必要とするその他のものを収容できる空腔をつくることができる。

したがって、磁界制御可能材料を有する改良型のブレーキを図と共に説明した。しかし、本願装置に対する多数の変化、変形、変更態様及びその他の使用法及び用途が可能であることは、当業者にとって明らかであり、本発明の精神と範囲から逸脱しない全てのそのような変化、変形、変更態様及びその他の使用法及び用途は、特許請求の範囲だけによって制限される本発明によって扱われているとみなされる。

本発明は、ブレーキ、クラッチ、抵抗生成装置及び運動制御装置に適用できるものであり、回転動作装置又は線形動作装置を用いる分野においてトルクを制御するために適用できる。

添付の図面（それはこの明細書の部分を形成する）は、本発明のいくつかの基本的実施態様を例示する。図面及び説明は、一緒に完全に本発明を説明するのに役立つ。
側部コイルが中に取り付けられ、電子装置をブレーキに一体化させたＭＲ装置の長手方向断面図である。 ロータの側面と同様にロータの周辺部の作業面に作用する磁束を伝えるためのラップアラウンド極を有するとともに一体形電子装置を備えるＭＲブレーキの長手方向断面図である。 ロータの作業面を構成している拡大外周辺部に作用するように配置された磁界発生器を有し、第２の室の中にある一体型電子装置及びロータを収容する室の中に組み込まれたねじり中央復帰ばねを備えるドラム型の長手方向断面図である。 ロータの両表面に作用するように構成された磁界発生器を示すとともに、一体型の電子装置及び中央復帰ねじりばねが電子装置用のハウジングの中に組み込まれることができる方法を示している図１のものと同様のブレーキの長手方向断面図である。 制御可能材料のシャフトから離れる移動を高めるテーパ壁を示すとともに、代替シール及び軸受構成を示している図３のブレーキの代替構成を例示している長手方向断面図である。 ロータとシャフトの間の接続がなされる方法及びロータとシャフトの間のバックラッシュが可能にされて実施される方法を例示している図５の線６−６に沿った断面図である。

符号の説明

１３ ハウジング
１５ 第１の室
１７ 第２のハウジング室
２１ ロータ
２９ 磁界発生器
３１ コイル
３３ 磁極片
３７ 磁束線
４１ 磁界制御可能材料
４２ 作業面

Claims (19)

1. （ａ）第１のハウジング室と第２のハウジング室を備えるハウジング、
   （ｂ）前記ハウジングに回転可能に支持され、前記第２のハウジング室を通り前記第１のハウジング室に延びているシャフト、
   （ｃ）ロータであって、前記シャフトとの少なくとも相対回転が制限されるように前記シャフトに接続され、前記第１のハウジング室内に配置されているロータ、
   （ｄ）前記第１のハウジング室に置かれている磁場発生手段、
   （ｅ）前記第１のハウジング室に置かれ、流動性が前記磁場発生手段に影響を受ける磁界応答材料、及び
   （ｆ）前記第２のハウジング室に置かれ、ブレーキの動作を制御及び／又は監視する手段、
   を備える制御可能なブレーキ。
2. （ａ）第１及び第２の表面、外周辺部及び外周辺部の直近又は外周辺部にある少なくとも一つの作業部分を備えるロータ、
   （ｂ）第１のシャフト端部を備え、前記ロータとの間の相対回転を抑制するようして前記第１のシャフト端部でロータと一体に作られているシャフト、
   （ｃ）ロータを中に収容するのに適している第１のハウジング室及び第２のハウジング室を有するハウジングであって、前記第２のハウジング室を通り前記第１のハウジング室に延びている前記シャフトを支持するハウジング、
   （ｄ）ロータの少なくとも一つの作業部分と接触して、前記第１のハウジング室の中に入っている磁界制御可能材料、
   （ｅ）ロータから間隔を置いて配置された前記第１のハウジング室内に置かれ、制御可能材料を通ってロータの少なくとも一つの作業部分の方へ向かう方向に磁束を発生するように構成されている磁界発生器、及び
   （ｆ）前記第２のハウジング室に収容され、ブレーキと一緒に動作する電子装置、
   を備える制御可能なブレーキ。
3. 前記第２のハウジング室は、磁界制御可能材料が前記第２のハウジング室と接触するか又は前記第１のハウジング室の外へ伸びている前記軸受及びシャフトと接触して前記第１のハウジング室から流れることができないようにして、前記第１のハウジング室から封止されている請求項２の制御可能なブレーキ。
4. 相対的な中央位置に戻るようにロータを押しやるために、第１のハウジング室と第２のハウジング室の少なくとも一方に中央復帰動作装置を更に備える請求項２の制御可能なブレーキ。
5. （ａ）第１及び第２のロータ表面、外周辺部及び外周辺部のすぐ近くの位置に第１と第２のロータ表面にある作業部分を有するロータ、
   （ｂ）前記ロータが一端に接続されているシャフト、
   （ｃ）回転可能にロータを中に収容する第１のハウジング室及びシャフトに平行でかつ外周辺部のすぐ近くの作業部分に垂直な方向に磁界制御可能材料を通る磁束を発生するように構成されて配置された磁界発生器及び電子装置が中に入っている第２のハウジング室を備えているハウジングであって、前記第２のハウジング室を通り前記第１のハウジング室に延びている前記シャフトを支持するハウジング、及び
   （ｄ）前記ロータの少なくとも作業部分と接触している前記第１のハウジング室に入っている磁界制御可能材料、
   を備える制御可能なブレーキ。
6. 前記磁界発生器は電磁コイル及びロータの片側に関して軸方向に配置された磁極を備え、前記ロータはディスクから成る請求項５の制御可能なブレーキ。
7. 前記電子装置は、ロータの相対回転位置を検出するためのセンサを更に備える請求項５の制御可能なブレーキ。
8. 第１のハウジング室にあってロータを押して相対的な中央位置に戻す中央復帰動作装置を更に備える請求項５の制御可能なブレーキ。
9. （ａ）第１及び第２のロータ表面、外周辺部及び外周辺部のすぐ近くの一部分における第１及び第２のロータ表面上に作業部分を有するロータ、
   （ｂ）前記ロータとの間の相対回転を抑制するようにして前記ロータに接続されたシャフト、
   （ｃ）ロータを中に回転可能に収容している第１のハウジング室を有し、ロータから間隔を置いて配置され、（１）磁界発生器を備えるハウジング及び磁界制御可能材料をシャフトに平行で外周辺部のすぐ近くにある作業部分に垂直に通る方向、及び（２）磁界制御可能材料をシャフト及びロータの外周辺部に垂直に通る方向の両方に磁束を発生する磁界発生器及び電子装置が中に入っている第２のハウジング室を備えているハウジングであって、前記第２のハウジング室を通り前記第１のハウジング室に延びている前記シャフトを支持するハウジング、及び
   （ｄ）少なくともロータの作業部分及びロータの周辺部と接触している前記第１のハウジング室の中に入っている磁界制御可能材料を備える制御可能なブレーキ。
10. 前記磁界発生器はロータの片側に磁界を発生するように配置された電磁コイル及び磁極を備え、前記ロータはディスクから成る請求項９の制御可能なブレーキ。
11. 前記シャフトは、前記ハウジング内にある軸受によって回転できるように支持され、前記磁界制御可能材料を中に保持するために前記第１のハウジング室を封止するシールを更に備える請求項９の制御可能なブレーキ。
12. 前記電子装置は、強さがロータの相対回転位置によって決まる磁界を加えるために、ロータの相対回転位置を検出するセンサを更に備える請求項９の制御可能なブレーキ。
13. 第１及び第２のハウジング室の少なくとも一方にあって、ロータを押して相対的な中央位置に戻す中央復帰動作装置を更に備える請求項９の制御可能なブレーキ。
14. （ａ）透磁性材料から製造されたロータであって、それを取り付けるシャフトに平行に伸びる周辺部に作業部分を備えるように形づくられているロータ、
    （ｂ）シャフトであって、ロータとの間の相対回転を抑制するように一端で前記ロータに接続されているシャフト、
    （ｃ）ハウジングであって、その中にロータを回転可能に収容している第１のハウジング室、ロータから間隔を置いて配置されてシャフト及びロータの作業部分に垂直な方向に磁界制御可能材料を通る磁束を発生するように構成されて配置された磁界発生器、及び電子装置が中に入っている第２のハウジング室を有し、前記第２のハウジング室を通り前記第１のハウジング室に延びている前記シャフトを支持するハウジング、及び
    （ｄ）ロータの少なくとも作業部分と接触して、前記第１のハウジング室の中に入られている制御可能材料、
    を備える制御可能なブレーキ。
15. 前記シャフトは、前記ハウジング内で軸受によって回転するように支持され、かつ前記磁界制御可能材料をその中に保持するために前記第１のハウジング室を封止するシールを更に備える請求項１４の制御可能なブレーキ。
16. 前記電子装置は、ロータの相対回転位置を検出し、ロータの相対回転位置によって決められる強さを有する磁界を加えるように磁界発生器を制御するセンサを更に備える請求項１４の制御可能なブレーキ。
17. 第１及び第２のハウジング室の少なくとも一方にあって相対的な中央位置に戻るようにロータを圧迫するための中央復帰動作装置を更に備える請求項１４の制御可能なブレーキ。
18. シャフト及びロータはロータとシャフトの間のバックラッシュを可能にするようにして接続され、電子装置はシャフトの動きを検出するため及び磁界発生器にシャフトの動きに応答して磁界を減らすように構成されている請求項１４の制御可能なブレーキ。
19. 前記ハウジング室の壁は、ロータの作業面のすぐ近くの室空間を大きくするようにテーパを付けられており、前記テーパは、前記磁界制御可能材料のシャフトから離れてロータの作業面の方に向かう移動を強めるのに十分な量である請求項１４の制御可能なブレーキ。

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