JP6162409B2 - 制動装置 - Google Patents

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、可動体と、非可動体と、両者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、コイルに電流を流すことによって発生する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。しかしながら、この種の制動装置では、制動対象物の回転角度を検知することができなかった。

特許第４６９５８３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、制動対象物の回転角度を検知し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．制動対象物に連結される回転軸を有し、該回転軸の回転運動を磁気粘性流体の剪断応力を利用して制動させ得る制動装置において、前記回転軸に形成される検出対象と、該検出対象の位置を検出し得る変位センサとを備える制動装置。
２．前記回転軸が、軟磁性材料から成り、前記検出対象が、前記回転軸に形成される溝の底面であり、前記変位センサが、該検出対象に対向して配置される渦電流式変位センサである前記１に記載の制動装置。

本発明の制動装置は、制動対象物に連結される回転軸と、該回転軸に形成される検出対象と、該検出対象の位置を検出し得る変位センサとを備えている。回転軸は、制動対象物の回転に伴って回転する。検出対象は、回転軸の回転によって変位する。検出対象の変位と回転軸又は制動対象物の回転角度は比例するので、変位センサが検出対象の位置を検出することによって、制動対象物の回転角度を検知することが可能になる。

図１は、本発明の実施例１に係る制動装置の斜視図である。 図２は、本発明の実施例１に係る制動装置の断面図である。 図３は、本発明の実施例１に係る制動装置の分解斜視図である。 図４は、磁石及びホールセンサの配置図である。 図５は、ホールセンサの出力を示すグラフである。 図６は、本発明の実施例２に係る制動装置の斜視図である。 図７は、本発明の実施例２に係る制動装置の断面図である。 図８は、本発明の実施例２に係る制動装置の分解斜視図である。 図９は、回転軸及び渦電流式変位センサの配置図である。 図１０は、渦電流式変位センサの出力を示すグラフである。

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。

本発明の実施例１に係る制動装置は、ハウジング１０、可動体２０、第１の内壁３０、第２の内壁４０、コイル５０、磁気粘性流体６０、磁石７０及び変位センサ８０を有して構成されている。

ハウジング１０は、本体１１と蓋１２とを有して構成されている（図１、図２及び図３参照）。本体１１は、非磁性材料から成り、筒状の周壁１１ａと、周壁１１ａの一端側を塞ぐ円盤状の端壁１１ｂと、端壁１１ｂから外側に張り出したフランジ１１ｃとを有して構成されている（図１、図２及び図３参照）。端壁１１ｂには、第１の穴１１ｄ、第２の穴１１ｅ及び溝１１ｆが形成されている（図１及び図２参照）。第１の穴１１ｄは、端壁１１ｂの中央において、端壁１１ｂを貫通するように形成されている（図１及び図２参照）。溝１１ｆは、第１の穴１１ｄの周囲において、第１の穴１１ｄと連通するように形成されている（図１及び図２参照）。フランジ１１ｃには、固定具が挿通される穴１１ｇが形成されている（図１、図２及び図３参照）。蓋１２は、非磁性材料から成り、本体１１の周壁１１ａに取り付けられる（図２参照）。

可動体２０は、回転軸２１、ロータ２２及び連結部２３を有して構成されている（図２及び図３参照）。回転軸２１は、非磁性材料から成り、制御対象物（図示せず）が結合するための穴２１ａを有している（図２及び図３参照）。連結部２３は、非磁性材料から成り、回転軸２１と一体に形成されている（図２及び図３参照）。連結部２３は、回転軸２１とロータ２２の間にあって、両者を連結する役割を果たしている。ロータ２２は、軟磁性材料から成り、筒状の本体２２ａと、本体２２ａの端部から内側に突出した端壁２２ｂとを有して構成されている（図２及び図３参照）。ロータ２２は、端壁２２ｂを連結部２３に接着することによって回転軸２１と一緒に回転するように構成されている（図２参照）。

第１の内壁３０は、軟磁性材料から成り、回転軸２１が挿通される穴３１ａを有する筒部３１と、筒部３１の両側からそれぞれ外側に張り出したフランジ部３２，３３とを有して構成されている（図２及び図３参照）。第１の内壁３０は、ハウジング１０の本体１１を構成する端壁１１ｂに接着されている（図２参照）。

第２の内壁４０は、軟磁性材料から成る筒状体である。第２の内壁４０は、その外周面がハウジング１０の本体１１を構成する周壁１１の内周面に接する程の外径を有し、また、その内周面が、第１の内壁３０の外周面（フランジ部３２，３３の外周面）との間に所定の空間を形成する程の内径を有している（図２参照）。

コイル５０は、第１の内壁３０の筒部３１に巻き付けられている（図２参照）。コイル５０には、コイル５０に電流を流すためのリード線５１が接続されている（図１、図２及び図３参照）。

磁気粘性流体６０は、第１の内壁３０と第２の内壁４０との間に形成される空間（室９０）に充填されている（図２参照）。磁気粘性流体６０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６０が充填される室９０には、ロータ２２が配置される（図２参照）。磁気粘性流体６０の漏洩を防止するために、蓋１２と回転軸２１との間、第１の内壁３０と回転軸２１との間及び第１の内壁３０と端壁１１ｂとの間にＯリング１０１，１０２，１０３が配置されている（図２参照）

磁石７０は、本発明の「検出対象」に相当するものである。本実施例では、磁石７０として環状磁石を用いている（図１、図２及び図３参照）。磁石７０は、その端面を回転軸２１の端面に接着することによって、可動体２０の非磁性部（回転軸２１は、上述したように非磁性材料から成り、可動体２０の非磁性部に相当する。）に設けられている。

変位センサ８０は、検出対象の位置を検出し得るものである。本実施例では、変位センサ８０としてホールセンサ８１を用いている（図１、図２及び図３参照）。ホールセンサ８１は、磁石７０と向かい合うように端壁１１ｂに形成された溝１１ｆに配置され、磁石７０の磁界を検出し、それにより、回転軸２１と一緒に回転する磁石７０の位置（磁極の位置）を検出することができる。

上記のように構成される制動装置によれば、コイル５０に電流を流さないときは、室９０内が無磁場の状態となる。従って、ロータ２２に作用する磁気粘性流体６０の剪断応力は小さいので、可動体２０は回転し得る。ここで、磁石７０は、磁石７０の磁場が制動特性に影響を与えないようにするため、コイル５０に電流を流すことによって生じる磁束の通り路（磁路）になる部品（軟磁性材料から成る部品）と隔離されることが好ましい。本実施例では、磁路になる第１の内壁３０と磁石７０との間に、回転軸２１及び端壁１１ｂ（どちらも非磁性材料から成る部品である。）が介在することによって、磁石７０の磁場が制動特性に影響を与えることがないように構成されている。また、磁石とホールセンサとの間に磁気粘性流体が介在する構成では、磁石の磁場が磁気粘性流体に直接作用してしまい、磁石の位置検出が困難になるおそれがある。従って、本実施例のように、磁石７０とホールセンサ８１との間に磁気粘性流体６０が介在しない構成とすることが好ましい。

一方、コイル５０に電流を流したときは、コイル５０の周囲に磁場が発生し、第１の内壁３０、ロータ２２及び第２の内壁４０が磁化する。また、その磁場が磁気粘性流体６０に印加され、ロータ２２に作用する磁気粘性流体６０の剪断応力が増大する。それにより、可動体２０の回転速度を減速させたり、或いは可動体２０の回転を停止させることができる。ここで、本実施例では、ロータ２２の厚さを薄く（外径と内径との差を小さく）することによって、第１の内壁３０及びロータ２２だけでなく、第２の内壁４０も磁路を構成するように構成されている。従って、本実施例の制動装置は、ロータ２２の内周面のみならず、ロータ２２の外周面にも磁気粘性流体６０の剪断応力が作用するので、ロータ２２の内周面にのみ磁気粘性流体６０の剪断応力が作用する構成よりも大きな制動力を発生させることができる。

可動体２０の回転運動は、可動体２０に連結される制動対象物の回転運動によって引き起こされる。例えば、自動車のアクセルペダルを踏むことによって回転する軸（制動対象物）が可動体２０の回転軸２１に連結された場合、アクセルペダルを踏むことによって回転軸２１が回転し、可動体２０全体が回転運動をすることになる。本実施例の制動装置によれば、アクセルペダルに制動力を付与するだけでなく、アクセルペダルの動作（回転角度）も検知することが可能である。すなわち、アクセルペダルの動作に合わせて回転軸２１が回転すると、回転軸２１と一緒に磁石７０が回転する（図４参照）。この際、本実施例の制動装置によれば、磁石７０の磁極の変位をホールセンサで検出することができる。磁石７０の磁極の変位とアクセルペダルの回転角度は比例するので、ホールセンサ８１が磁石７０の磁極の位置を検出することによって、アクセルペダルの回転角度を検知することが可能になる。図５は、ホールセンサ８１の出力を示すグラフであり、このグラフに示されたように、アクセルペダルの踏み込み角度が大きくなるに従ってホールセンサ８１から出力される電圧が上昇する。このように出力される電圧値を角度に換算することにより、アクセルペダルの回転角度がわかる。

本発明の実施例２に係る制動装置は、ハウジング１０、可動体２０、第１の内壁３０、第２の内壁４０、コイル５０、磁気粘性流体６０及び変位センサ８０を有して構成されている（図６、図７及び図８参照）。

本実施例に係る制動装置は、検出対象が、可動体２０の軟磁性部の表面の一部分であり、変位センサ８０が、該検出対象に対向して配置される渦電流式変位センサ８２である点で、検出対象が、可動体２０の非磁性部に設置される磁石７０であり、変位センサ８０が、該検出対象の磁界を検出するホールセンサ８１である実施例１に係る制動装置と異なる。

本実施例の可動体２０は、回転軸２１、ロータ２２及び連結部２３を有して構成されている（図７及び図８参照）。回転軸２１は、軟磁性材料から成り、制御対象物が結合するための穴２１ａを有している（図７及び図８参照）。連結部２３は、軟磁性材料から成り、回転軸２１と一体に形成されている（図７及び図８参照）。連結部２３は、回転軸２１とロータ２２の間にあって、両者を連結する役割を果たしている。ロータ２２は、軟磁性材料から成り、筒状の本体２２ａと、本体２２ａの端部から内側に突出した端壁２２ｂとを有して構成されている（図７及び図８参照）。ロータ２２は、端壁２２ｂを連結部２３に接着することによって回転軸２１と一緒に回転するように構成されている（図７参照）。なお、本実施例の可動体２０は、上述のように、回転軸２１及び連結部２３が軟磁性材料から成るため、ロータ２２を回転軸２１及び連結部２３と一体に形成しても良い。

本実施例の検出対象は、回転軸２１の外周面の一部に形成された溝２１ｂの底面２１ｃである（図６、図７及び図８参照）。この底面２１ｃは、回転軸２１の回転に従って底面２１ｃと変位センサ８０との間の距離が異なるように構成された曲面である。より具体的には、この底面２１ｃは、例えば、図９において、回転軸２１が時計回り方向に回転したときに、回転軸２１の回転に従って底面２１ｃと変位センサ８０との間の距離が小さくなる曲面である。

本実施例の変位センサ８０は、渦電流式変位センサ８２である。渦電流式変位センサ８２は、検出対象である、回転軸２１に形成された溝２１ｂの底面２１ｃ（回転軸２１は、上述したように軟磁性材料から成り、可動体２０の軟磁性部に相当し、また、溝２１ｂの底面２１ｃは、可動体２０の軟磁性部の表面の一部分に相当する。）に対向するように、端壁１１ｂに形成された溝１１ｆに配置される（図６及び図７参照）。渦電流式変位センサ８２は、高周波磁界を利用して溝２１ｂの底面２１ｃと渦電流式変位センサ８２との間の距離を測定する。溝２１ｂの底面２１ｃと渦電流式変位センサ８２との間の距離は、回転軸２１の回転に従って変化し、この変化は溝２１ｂの底面２１ｃ変位と比例するため、回転軸２１と一緒に回転する溝２１ｂの底面２１ｃの位置を検出することができる。

上記のように構成される制動装置によれば、コイル５０に電流を流さないときは、室９０内が無磁場の状態となる。従って、ロータ２２に作用する磁気粘性流体６０の剪断応力は小さいので、可動体２０は回転し得る。ここで、検出対象である可動体の軟磁性部の表面の一部分と渦電流式変位センサとの間に磁気粘性流体が介在する構成では、渦電流変位センサの出力特性が磁気粘性流体に含まれる金属成分（強磁性粒子）の影響により正確さを欠くおそれがある。従って、本実施例のように、検出対象である可動体２０の軟磁性部の表面の一部分２１ｃと渦電流式変位センサ８２との間に磁気粘性流体６０が介在しない構成とすることが好ましい。

一方、コイル５０に電流を流したときは、コイル５０の周囲に磁場が発生し、第１の内壁３０、ロータ２２及び第２の内壁４０が磁化する。また、その磁場が磁気粘性流体６０に印加され、ロータ２２に作用する磁気粘性流体６０の剪断応力が増大する。それにより、可動体２０の回転速度を減速させたり、或いは可動体２０の回転を停止させることができる。ここで、本実施例では、ロータ２２の厚さを薄く（外径と内径との差を小さく）することによって、第１の内壁３０及びロータ２２だけでなく、第２の内壁４０も磁路を構成するように構成されている。従って、本実施例の制動装置は、ロータの内周面のみならず、ロータ２２の外周面にも磁気粘性流体６０の剪断応力が作用するので、ロータ２２の内周面にのみ磁気粘性流体６０の剪断応力が作用する構成よりも大きな制動力を発生させることができる。

可動体２０の回転運動は、可動体２０に連結される制動対象物の回転運動によって引き起こされる。例えば、自動車のアクセルペダルを踏むことによって回転する軸（制動対象物）が可動体２０の回転軸２１に連結された場合、アクセルペダルを踏むことによって回転軸２１が回転し、可動体２０全体が回転運動をすることになる。本実施例の制動装置によれば、アクセルペダルに制動力を付与するだけでなく、アクセルペダルの動作（回転角度）も検知することが可能である。すなわち、アクセルペダルの動作に合わせて回転軸２１が回転すると、回転軸２１と一緒に溝２１ｂの底面２１ｃが回転する（図９参照）。この際、本実施例の制動装置によれば、溝２１ｂの底面２１ｃの変位を渦電流式変位センサ８２で検出することができる。溝２１ｂの底面２１ｃの変位とアクセルペダルの回転角度は比例するので、渦電流式変位センサ８２が溝２１ｂの底面２１ｃの位置を検出することによって、アクセルペダルの回転角度を検知することが可能になる。図１０は、渦電流式変位センサ８２の出力を示すグラフであり、このグラフに示されたように、アクセルペダルの踏み込み角度が大きくなるに従って渦電流式変位センサ８２から出力される電圧が上昇する。このように出力される電圧値を角度に換算することにより、アクセルペダルの回転角度がわかる。

１０ ハウジング
１１ ハウジングの本体
１１ａ 周壁
１１ｂ 端壁
１１ｃ フランジ
１１ｄ 第１の穴
１１ｅ 第２の穴
１１ｆ 溝
１１ｇ 穴
１２ 蓋
２０ 可動体
２１ 回転軸
２１ａ 穴
２１ｂ 溝
２１ｃ 溝の底面
２２ ロータ
２２ａ ロータの本体
２２ｂ 端壁
２３ 連結部
３０ 第１の内壁
３１ 筒部
３１ａ 穴
３２，３３ フランジ部
４０ 第２の内壁
５０ コイル
５１ リード線
６０ 磁気粘性流体
７０ 磁石
８０ 変位センサ
８１ ホールセンサ
８２ 渦電流式変位センサ
９０ 室
１０１，１０２，１０３ Ｏリング

Claims (2)

1. 制動対象物に連結される回転軸を有し、該回転軸の回転運動を磁気粘性流体の剪断応力を利用して制動させ得る制動装置において、前記回転軸に形成される検出対象と、該検出対象の位置を検出し得る変位センサとを備える制動装置。
2. 前記回転軸が、軟磁性材料から成り、前記検出対象が、前記回転軸に形成される溝の底面であり、前記変位センサが、該検出対象に対向して配置される渦電流式変位センサである請求項１に記載の制動装置。

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