JP7162112B2

JP7162112B2 - 磁気粘性流体装置

Info

Publication number: JP7162112B2
Application number: JP2021148680A
Authority: JP
Inventors: 修一赤岩
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2040-12-09
Also published as: JP2022140801A; JP2022091678A

Description

本発明は、相対回転可能な２つの部材間に磁気粘性流体が介在し、その磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで２つの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の図１～図４および特許文献２の図２に開示されている。これらの文献に開示された磁気粘性流体装置は、相対回転可能な２つの部材間に介在する磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることができる。これらの装置は、回転可能に設けられた円板と、円板に対して隙間を介して対向した対向面を有するヨークと、上記隙間に介在する磁気粘性流体とを備え、この磁気粘性流体に任意の強さの磁場を付与することができる。

特開２０１４－１８１７７８号公報特開２０１９－０３２０５０号公報

この種の磁気粘性流体装置においては、ヨーク、円板およびこれらの隙間に介在する磁気粘性流体を通過する磁気回路を効率よく形成することが望まれる。すなわち、磁気回路が効率よく形成されると、一定の回転抵抗を発生させるために必要な消費電力を抑制できる。あるいは、同じ消費電力でより大きな回転抵抗を発生させることができる。

そこで、本発明は、ヨーク、回転板（円板）およびこれらの隙間に介在する磁気粘性流体を通過する磁気回路を従来よりも効率よく形成することができる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態様に係る磁気粘性流体装置は、磁性体からなる回転板と、前記回転板の少なくとも片方の面に隙間を介して対向する対向面を有するヨークと、前記ヨークの前記対向面と前記回転板との前記隙間に介在する磁気粘性流体と、通電時に前記ヨーク、前記磁気粘性流体および前記回転板を通過する磁路を形成するコイルと、を備えるものを前提とし、前記回転板の磁性体の透磁率が、前記ヨークの透磁率よりも大きい、ことを特徴としている。

かかる構成を備える磁気粘性流体装置によれば、前記回転板の磁性体の透磁率が、前記ヨークの透磁率よりも大きいことから、ヨーク、回転板およびこれらの隙間に介在する磁気粘性流体を通過する磁気回路を効率よく形成することができる。

本発明の第２態様に係る磁気粘性流体装置は、磁性体からなる回転板と、前記回転板の一方の面の半径方向内側に隙間を介して対向する内側対向面と、前記回転板の一方の面の半径方向外側に隙間を介して対向する外側対向面とを有する第１ヨークと、前記回転板を、前記内側対向面および前記外側対向面とともに隙間を介して挟むように配置された対向面を有する第２ヨークと、前記第１ヨークの前記内側対向面および前記外側対向面と前記回転板の一方の面との隙間、ならびに、前記第２ヨークの前記対向面と前記回転板の他方の面との隙間に介在する磁気粘性流体と、通電時に前記第１ヨークの前記内側対向面および前記外側対向面がそれぞれ磁極となり、前記第１ヨーク、前記第２ヨーク、前記磁気粘性流体および前記回転板を通過する磁路を形成するコイルと、を備えるものを前提とし、前記回転板の磁性体の透磁率が、前記第１ヨークおよび前記第２ヨークの透磁率よりも大きい、ことを特徴としている。

かかる構成を備える磁気粘性流体装置によれば、前記回転板の磁性体の透磁率が、前記第１ヨークおよび前記第２ヨークの透磁率よりも大きいことから、ヨーク、回転板およびこれらの隙間に介在する磁気粘性流体を通過する磁気回路を効率よく形成することができる。

本発明に係る磁気粘性流体装置によれば、ヨーク、回転板およびこれらの隙間に介在する磁気粘性流体を通過する磁気回路を従来よりも効率よく形成することができる。

本実施形態に係る磁気粘性流体装置の断面図である。本実施形態に係る磁気粘性流体装置に含まれる回転板及び回転軸を軸線方向から視た図である。図１のＡ部拡大図である。他の実施形態に係る磁気粘性流体装置の断面図である。図４のＢ部拡大図である。

以下、本発明の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。

磁気粘性流体装置１は、図１に示すように、回転部２、第１ヨーク３、第２ヨーク４、コイル５、磁気粘性流体６、ケース７等で構成されている。

回転部２は、第１ヨーク３および第２ヨーク４に対して軸線Ｎ回りに回転可能である。回転部２は、回転板２１と回転軸２２で構成されている。回転板２１は、磁性体を用いて構成されている。回転板２１に用いられている磁性体の透磁率は、後述する第１ヨーク３および第２ヨーク４の透磁率と同一、又は第１ヨーク３および第２ヨーク４の透磁率よりも大きい。回転板２１には、スリット２１１が形成されている。このスリット２１１については更に後述する。回転板２１に用いる材質は、特に限定される訳ではないが、電磁軟鉄（ＳＵＹ系、Ａ系）、電磁鋼板（無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板）、パーマロイ（ＰＢパーマロイ、ＰＣパーマロイ）、けい素鋼板、アモルファス、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）などを例示することができる。

回転軸２２は、回転板２１の一方の面２１ａの中心部に垂直に接続されている。回転軸２２は、ベアリング９を介して第１ヨーク３に設けられた軸穴３１に支持されている。なお、回転軸２２には非磁性体が用いられることが望ましい。

第１ヨーク３は、回転板２１の一方の面２１ａの半径方向内側に対して隙間を介して対向する内側対向面３２と、回転板２１の一方の面２１ａの半径方向外側に対して隙間を介して対向する外側対向面３３とを有する。第１ヨーク３は、内側対向面３２を端面とする内径側部３５と、外側対向面３３を端面とする外径側部３６と、内径側部３５の回転板２１と反対側から外径側部３６の回転板２１と反対側に亘って形成された背部３７とで構成されている。第１ヨーク３の全体は、略有底円筒状に形成され、円筒状のケース７の内側に嵌め込まれ固定されている。なお、本実施形態では、第１ヨーク３は１部材で構成されているが、第１ヨーク３は、複数部材で構成されていてもよい。第１ヨーク３に用いる材質は、特に限定される訳ではないが、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）、機械構造用炭素鋼鋼材（Ｓ１０Ｃ、Ｓ２０Ｃ）などを例示することができる。

第２ヨーク４は、回転板２１の他方の面２１ｂに対して隙間を介して対向する対向面４１を有している。図１に例示する第２ヨーク４は、円板状の部材で構成されている。この第２ヨーク４も円筒状のケース７に嵌め込まれて固定されている。第２ヨーク４の中心部に形成された凹部４２と、回転板２１の他方の面２１ｂの中心に形成された凹部２１２とで形成されるスペースに非磁性体からなる球体１０が収容されている。なお、本実施形態では、第２ヨーク４は１部材で構成されているが、第２ヨーク４は、複数部材で構成されていてもよい。第２ヨーク４に用いる材質も、特に限定される訳ではないが、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）、機械構造用炭素鋼鋼材（Ｓ１０Ｃ、Ｓ２０Ｃ）などを例示することができる。

コイル５は、第１ヨーク３の内径側部３５と外径側部３６との間に形成されたスペースに、回転部２の軸線Ｎを中心とする同心円状に配設されている。このコイル５には、給電部１１から任意の値の電流が供給される。図１に例示するコイル５は、非磁性体からなるボビン５１に巻き付けられた状態で上記スペースに配設されている。

磁気粘性流体６は、少なくとも、第１ヨーク３の内側対向面３２および外側対向面３３と回転板２１の一方の面２１ａとの隙間、ならびに、第２ヨーク４の対向面４１と回転板２１の他方の面２１ｂとの隙間に介在している。本実施形態では、図１において、灰色に塗り潰した部分に磁気粘性流体が充填されている。この磁気粘性流体６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）からなるもの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いが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３～４０ｖｏｌ％とすることができる。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。

回転板２１に設けられたスリット２１１は、第１ヨーク３の内側対向面３２と、第１ヨーク３の外側対向面３３との間に形成されたスペースに臨む位置に、回転方向に沿って形成され、回転板２１を板厚方向に貫通して形成されている。本実施形態では、スリット２１１は、図２に示すように、軸線方向から視て円弧状に形成されている。図２に示す例では、同じ形状および大きさのスリットが回転軸線Ｎを中心とした円周に沿って形成されているが、スリット２１１の個数は図示する４つ以外の個数であってもよい。

上記構成を備える磁気粘性流体装置１おいて、コイル５に電流が印加されると、例えば図１において矢印Ｐが示す方向に沿った磁路が形成され、回転板２１の両側において磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現する。特に、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３および第２ヨーク４の透磁率と同一、又はそれらのヨーク３，４の透磁率よりも大きいことから、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３および第２ヨーク４の透磁率よりも小さい場合と比較して、磁束の漏れを少なくすることができる。例えば、回転板２１を通過することなく、回転板２１の外周部より半径方向外側に漏れる磁束を少なくすることができる。図３は、回転板２１の外周部およびその周囲の磁束の状態を矢印付き破線を用いて示している。図３（ａ）は、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３および第２ヨーク４の透磁率よりも小さい場合（以下「従来の場合」ともいう。）を模式的に表現し、図３（ｂ）は、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３および第２ヨーク４の透磁率と同一、又はそれらのヨーク３，４の透磁率よりも大きい場合（以下「発明適用の場合」ともいう。）を模式的に表現している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、「発明適用の場合」は、「従来の場合」と比較して、回転板２１の外周部とケース７との間を通過する磁束が少なくなり（つまり、磁束の漏れが少なくなり）、より多くの磁束が回転板２１を通過することとなる。その結果、「発明適用の場合」は、「従来の場合」よりも効率の良い磁気回路が形成される。

＜他の実施形態＞
つぎに、他の実施形態に係る磁気粘性流体装置１Ａについて説明する。他の実施形態に係る磁気粘性流体装置１Ａは、既述した実施形態に係る磁気粘性流体装置１において、第１ヨーク３を図４に示すような形状の第１ヨーク３Ａに置き替えたものである。なお、図１に示す磁気粘性流体装置１の構成と同様の構成については、図４において同符号を付して説明を省略する。

磁気粘性流体装置１Ａにおける第１ヨーク３Ａは、コイル５の内側と、コイル５の外側と、コイル５の回転板２１と反対側と、コイル５の回転板２１側の一部を除く部分とを包囲するように形成されている。図４に示す例では、第１ヨーク３Ａは、回転板２１側に軸線Ｎを中心とした環状の開口部３８を有する断面略Ｃ字型に形成されている。図４に示す例では、第１ヨーク３Ａは、３つの部材３Ａ１，３Ａ２，３Ａ３で構成されているが、構成部材の数量は、３つに限定されず、３つ以外の数量であってもよい。なお、この第１ヨーク３Ａによれば、図１に示した第１ヨーク３と比べて、内側対向面３２および外側対向面３３の面積を大きくすることができる。

上記構成を備える磁気粘性流体装置１Ａおいて、コイル５に電流が印加されると、例えば図４において矢印Ｐが示す方向に沿った磁路が形成され、回転板２１の両側において磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現する。特に、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３Ａおよび第２ヨーク４の透磁率と同一、又はそれらのヨーク３Ａ，４の透磁率よりも大きいことから、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３Ａおよび第２ヨーク４の透磁率よりも小さい場合と比較して、磁束の漏れが少なくなる。例えば、回転板２１を通過することなく、回転板２１の外周部より半径方向外側に漏れる磁束や、回転板２１を通過することなく、第１ヨーク３Ａの開口部３８に漏れる磁束を少なくすることができる。図５は、第１ヨーク３Ａの開口部３８およびその周囲の磁束の状態を矢印付き破線を用いて示している。図５（ａ）は、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３Ａおよび第２ヨーク４の透磁率よりも小さい場合（以下「従来の場合」ともいう。）を模式的に表現し、図５（ｂ）は、回転板２１の磁性体の透磁率が第１ヨーク３Ａおよび第２ヨーク４の透磁率と同一、又はそれらのヨーク３Ａ，４の透磁率よりも大きい場合（以下「発明適用の場合」ともいう。）を模式的に表現している。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、「発明適用の場合」は、「従来の場合」と比較して、第１ヨーク３Ａの開口部３８を通過する磁束が少なくなり（つまり、磁束の漏れが少なくなり）、より多くの磁束が回転板２１を通過することとなる。その結果、「発明適用の場合」は、「従来の場合」よりも効率の良い磁気回路が形成される。

本発明は、例えば、相対回転可能な２つの部材間に磁気粘性流体が介在し、その磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで２つの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できる。

Ｎ軸線
１，１Ａ磁気粘性流体装置
３，３Ａ第１ヨーク
４第２ヨーク
５コイル
６磁気粘性流体
２１回転板
２１ａ一方の面
２１ｂ他方の面
３２内側対向面
３３外側対向面
４１対向面

Claims

磁性体からなる回転板と、
前記回転板の一方の面の半径方向内側に隙間を介して対向する内側対向面と、前記回転板の一方の面の半径方向外側に隙間を介して対向する外側対向面と、前記内側対向面と外側対向面との間に形成され前記回転板側に開口する環状の開口部とを有する第１ヨークと、
前記回転板を、前記内側対向面および前記外側対向面とともに隙間を介して挟むように配置された対向面を有する第２ヨークと、
前記第１ヨークの前記内側対向面および前記外側対向面と前記回転板の一方の面との隙間、ならびに、前記第２ヨークの前記対向面と前記回転板の他方の面との隙間に介在する磁気粘性流体と、
通電時に前記第１ヨークの前記内側対向面および前記外側対向面が互いに異なる磁極となり、前記第１ヨーク、前記第２ヨーク、前記磁気粘性流体および前記回転板を通過する磁路を形成するコイルと、
を備える磁気粘性流体装置において、
前記回転板の磁性体の透磁率が、前記第１ヨークおよび前記第２ヨークの透磁率よりも大きい、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
請求項１に記載の磁気粘性流体装置において、
前記コイルは、前記回転板の軸線を中心とする同心円状に配設され、
前記第１ヨークは、前記コイルの内側と、前記コイルの外側と、前記コイルの前記回転板と反対側と、前記コイルの前記回転板側の一部を除く部分とを包囲するように形成されている、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。