JP2005051905A - 簡易負荷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷力を簡単に変えることができる簡易負荷装置を提供する。
【解決手段】 永久磁石の磁束を磁性流体を介して負荷力として回転体に伝える簡易負荷装置において、上記回転体８を磁性流体９内に回転可能に保持し、上記磁性流体９を仕切る仕切り壁７を挟んで永久磁石５を配置するとともに、該永久磁石５と上記磁性流体９との距離を相対変位可能に構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータのシャフト等の回転体に摩擦を伴なわずに、一定の負荷を付与することができる簡易負荷装置に関する。

周知のように、モータの制動方法として、モータのモータケース内に摺動型ブレーキを内蔵し、常時、このブレーキを作動させて停止時の制動トルクを得るようにしたものがある。

図７は従来使用されていたレバーシブルモータの簡易ブレーキ機構を示したものである。
モータのモータケース１００内には固定子１０１と、回転子１０２が設けられており、この回転子１０２を支持する回転軸１０３にブレーキ板１０４が装着されている。このブレーキ板１０４に対向するモータケース１００内面にはブレーキ板１０４に摺接する複数のブレーキシュー１０５が配設されている。このブレーキシュー１０５は回転軸１０３を支持するベアリング１０６を装着したベアリングハウジング部１０７の軸方向に穿設された穴１０８に挿入され、コイルスプリング１０９を介してブレーキ板１０４の方向に付勢されている。１１０はスプリング押え板である。

このブレーキ機構はコイルスプリング１０９の付勢力によってブレーキシュー１０５を、常時、ブレーキ板１０４に押しつけ、ブレーキシュー１０５をブレーキ板１０４に摺接させて、摩擦によって負荷を発生させ、制動作用と停止時の保持トルクを得るようにしている。

図８は永久磁石によって負荷を得るブレーキ機構を示したものである。
軸方向の片面に円周方向に沿ってヒシテリシス材１１１を装着した回転板１１２を、回転軸１０３に支持し、一方、上記ヒシテリシス材１１１に対向する面に、永久磁石１１３を配設したヨーク１１４を、回転軸１０３を支持したベアリング１０６に装着し、上記永久磁石１１３と、ヒシテリシス材１１１が同軸上で相対的に回転することで磁力による負荷を発生させるものである。

しかしながら、上記摩擦によるブレーキ機構によると、ブレーキシュー１０５に用いるシュー材の表面状態の経時変化により負荷力が変動し、シュー材の摩耗による寿命がある。
また、上記ヒステリシスブレーキにあっては、永久磁石１１３と、ヒシテリシス材１１１との空隙を通る磁力線による負荷となっていたため、空隙ギャップの調整が微妙であり、かつ高価なヒシテリシス材１１１を使用しなければならなかった。

そこで、モータシャフトの周囲に磁性流体を介在させる負荷装置を開発した。
この負荷装置は、図９に示すように非磁性体で形成した筺体２００の内面に、上記永久磁石２０１を軸方向に挟んで支持するとともに、磁極となる一対の環状の円板２０２，２０３を内蔵したものである。これら円板２０２，２０３は、鉄等の磁性体で成形したもので、これら円板２０２，２０３の軸線上に上記モータのモータシャフト２０４を保持するようにしている。一方の円板２０２は片面を上記筺体２００の内壁面２００ａに接するようにして配設され、他面側外周側で上記永久磁石２０１の片側を保持している。他方の円板２０３は、他面側外周側で上記永久磁石２０１の他方側を保持している。上記永久磁石２０１は、円板２０２側をＮ極に、円板２０３側をＳ極にして配置されている。
また、上記モータ１のモータシャフト２０４の先端部には、円板２０２，２０３内周面との間隙を塞ぐようにして磁性流体２０５が設けられている。

この磁性流体２０５は、磁性体粉を溶液に分散させた物で、一定の磁力の元では一定の連鎖による剪断に対する抗力が発生し、剪断された後も一定の抗力を発生する。
上記永久磁石２０１の内径側の磁性流体２０５との間は、非磁性体２０６または空間を設ける。

次に、上記構成の動作を説明する。
永久磁石２０１から出た磁束は、円板２０２→磁性流体２０５→モータシャフト２０４→磁性流体２０５→円板２０３→永久磁石２０１と通る。
こうして、モータ１を起動しないときは、モータシャフト２０４は永久磁石２０１により生じる磁性流体２０５の剪断力で回転方向に保持される。
次に、モータの起動時は、モータシャフト２０４に回転する力が加わる。このとき負荷装置では、永久磁石２０１から出た磁束が、円板２０２→磁性流体２０５→モータシャフト２０４→磁性流体２０５→円板２０３→永久磁石２０１と通って、モータシャフト２０４を保持する負荷力が働いている。そして、磁性流体２０５の剪断力を越えると磁性流体の結合力により生じる力で回転負荷が発生し、モータシャフト２０４に負荷を与える（特許文献１参照）。
特開２００２−１３６０５０号公報

しかしながら、このような従来の磁性流体を使った簡易負荷装置では、使用者が任意に負荷力を変えられない構造となっていたため、使いづらいという問題点があった。
本発明は、このような従来の課題を解決し、簡易負荷装置の使用者が、永久磁石と磁性流体との距離を変えることができる構造とすることにより、負荷力を簡単に変えることができる簡易負荷装置を提供することを目的とする。

本発明は、永久磁石の磁束を磁性流体を介して負荷力として回転体に伝える簡易負荷装置において、上記回転体を磁性流体内に回転可能に保持し、上記磁性流体を仕切る仕切り壁を挟んで永久磁石を配置するとともに、該永久磁石と上記磁性流体との距離を相対変位可能に構成したことにある。
また、本発明は、上記磁性流体を筺体内に密閉するとともに該筺体内に回転体を保持し、上記永久磁石を仕切り壁を挟んで上記回転体に対向するように配置したことにある。
さらに、本発明は、上記回転体として回転軸に支持された円板を用いたことにある。
またさらに、本発明は、上記永久磁石と仕切り壁との間に中間体を配置して上記永久磁石の距離を調整したことある。
また、本発明は、上記永久磁石をねじ機構を介して上記仕切り壁との距離を調整したことにある。

本発明によると、磁石の起磁力を変えることなしに、簡単に任意の負荷力を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の簡易負荷装置を適用したモータ１を示したものである。このモータ１のモータケース２には、負荷装置３が併設されている。この負荷装置３は、上記モータケース２から突設して設けられた回転軸としてのシャフト４を内蔵するようにして上記モータケース２に併設して組み付けられたもので、モータ１のシャフト４に、負荷装置３に内蔵した永久磁石５の磁力による負荷を付与するものである。

負荷装置３を、図２に従って説明する。
磁性体で形成され、かつ、一側端を壁面６ａで閉塞した中空状の筺体６の内面に、筺体６内を軸方向に分割する仕切り壁７を設けている。この仕切り壁７は、非磁性体で形成されており、該仕切り壁７と筺体６内壁面によって区画された空間Ａに上記シャフト４を導入し、このシャフト４の先端に同心状に円板８を支持している。仕切り壁７によって区画された上記空間Ａ内には、磁性流体９が充填されている。この磁性流体９は、例えば、水、オイル、シリコン等を用いることが出来る。
この磁性流体９は、磁性体粉を溶液に分散させた物で、磁気により連鎖し固体様となるが、許容以上の剪断力が働いても流体同士の連鎖が離れるだけであり、磁性体粉そのものは影響されない性質を有する。この磁性流体９を用いると、一定の磁力の元では一定の連鎖による剪断に対する抗力が発生し、剪断された後も一定の抗力を発生する。
上記シャフト４は、壁面６ａに形成された貫通孔６ｂを通して空間Ａ内に挿通されており、貫通孔６ｂに設けられたベアリング１０またはシールによって回転自在に支持されている。

上記仕切り壁７には、上記シャフト４と同一軸線上に配置された軸７ａが設けられ、この軸７ａに中心の穴を通すようにして上記永久磁石５が筺体６内に配置されている。筺体６の開口側には、非磁性体で形成された環状の円板１１，１２が中間体として上記軸７ａに組み付けられて、筺体６内に配置されている。上記永久磁石５は、円板１１側をＮ極に、仕切り壁７側をＳ極にして配置されている。この場合、永久磁石５の極性は、いずれでもよく、Ｎ極、Ｓ極を逆に配置しても良い。

上記負荷装置３の作用を説明する。
永久磁石５から出た磁束は、仕切り壁７→磁性流体９→円板８→磁性流体９→筺体６→永久磁石５と通る。
こうして、モータ１を起動しないときは、シャフト４は永久磁石５により生じる磁性流体９の剪断力で回転方向に保持される。
次に、モータ１の起動時は、シャフト４に回転する力が加わる。このとき負荷装置３では、永久磁石５から出た磁束が、仕切り壁７→磁性流体９→円板８→磁性流体９→筺体６→永久磁石５と通って、シャフト４を保持する負荷力が働いている。そして、磁性流体９の剪断力を越えると磁性流体９の結合力により生じる力で回転負荷が発生し、シャフト４に負荷を与える。

そして、負荷力を下げたい場合には、図３または図４に示すように、永久磁石５と仕切り壁７の間に１枚または２枚の円板１１，１２を中間体として配置して、永久磁石５の磁束を弱めて調整することができる。

図５は、本発明の他の実施の形態で、図２と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は、省略して説明する。
シャフト４を支持する壁面２０と、円板８を収容する筺体２１とで磁性流体９を充填する空間Ａを形成し、上記筺体２１を内蔵するバックヨーク２２を壁面２０の外周に摺動可能に嵌合させて空間Ｂを形成している。上記バックヨーク２２の円板８に対向する内壁面２２ａには、筺体２１の外壁面２１ａに対向するようにして環状の永久磁石５が配置されている。上記バックヨーク２２の壁面２２ｂには、シャフト４と同軸線上に調整ねじ２３が螺着されており、この調整ねじ２３は、壁面２２ｂを挿通して、その先端を上記筺体２１の外壁面２１ａに当接させている。

この負荷装置３によると、負荷力の調整をしたい場合には、調整ねじ２３を回して調整ねじ２３の先端を筺体２１の外壁面２１ａに押し当てて永久磁石５の距離を調整する。磁束は、永久磁石５→磁性流体９→円板８→磁性流体９→壁面２０→バックヨーク２２→永久磁石５と通る。調整ねじ２３を回して永久磁石５と磁性流体９の相対位置を変化させる。相対位置が変化することで、磁性流体９を通る磁束密度が変化する。よって、シャフト４に伝わる負荷力を任意に変えることができる。

図６は、図５の変形例であり、図５と同一部分は同符号を付してその説明は省略して説明する。
この場合、調整ねじに変えてバックヨーク２２と壁面２０との嵌合面に、互いに螺合するねじ溝２２ｃ、２０ｃを形成したものである。２４はねじ溝２０ｃに螺合させた抜け止め用ナットである。
こうして、バックヨーク２２を回すことで、永久磁石５を筺体２１の外壁面２１ａに対して接離させることができるので、永久磁石５の磁力を調整して負荷力を変えることができる。磁束は、永久磁石５→磁性流体９→円板８→磁性流体９→壁面２０→バックヨーク２２→永久磁石５と通る。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、シャフトには、モータシャフトに限らず、減速機のシャフトあるいは、その他、アクチュエータの出力シャフトなど種々のものに適用できることはもちろんである。その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜、変更して実施し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態によるモータのシャフトに適用した簡易負荷装置を示す概念断面図である。 図１の負荷装置を示す概念断面図である。 図２の負荷装置の負荷力を変える方法を示す概念断面図である。 図２の負荷装置の負荷力を変える方法を示す概念断面図である。 本発明の他の実施の形態によるモータのシャフトに適用した簡易負荷装置を示す概念断面図である。 図５の変形例を示す概念断面図である。 従来のモータの簡易負荷装置を示す概念断面図である。 従来の簡易負荷装置を示す概念断面図である。 従来の磁性流体を用いた簡易負荷装置を示す概念断面図である。

符号の説明

１ モータ
２ モータケース
３ 負荷装置
４ シャフト
５ 永久磁石
６ 筺体
７ 仕切り壁
８ 円板（回転体）
９ 磁性流体
１０ ベアリング
１１，１２ 円板１１，１２

Claims (5)

1. 永久磁石の磁束を磁性流体を介して負荷力として回転体に伝える簡易負荷装置において、上記回転体を磁性流体内に回転可能に保持し、上記磁性流体を仕切る仕切り壁を挟んで永久磁石を配置するとともに、該永久磁石と上記磁性流体との距離を相対変位可能に構成したことを特徴とする簡易負荷装置。
2. 上記磁性流体を筺体内に密閉するとともに該筺体内に回転体を保持し、上記永久磁石を仕切り壁を挟んで上記回転体に対向するように配置したことを特徴とする請求項１に記載の簡易負荷装置。
3. 上記回転体として回転軸に支持された円板を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の簡易負荷装置。
4. 上記永久磁石と仕切り壁との間に中間体を配置して上記永久磁石の距離を調整したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の簡易負荷装置。
5. 上記永久磁石をねじ機構を介して上記仕切り壁との距離を調整したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の簡易負荷装置。