JP6953069B2 - 磁気粘性流体装置ユニット - Google Patents

Description

本発明は、外力により回転する受動体に対して、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所望の回転負荷を付与する磁気粘性流体装置を備えた磁気粘性流体装置ユニットに関する。

従来より、磁気粘性流体に付与する磁場の強さを調整することにより、所望の回転負荷を付与することができる磁気粘性流体装置が知られている（例えば特許文献１、２を参照。）。特許文献１、２に開示された磁気粘性流体装置は、電磁石を備えており、電磁石に供給する電流の大きさを変えることにより、回転負荷を調整ないし制御することができる。

特開２００８−２０２７４４号公報 特開２０１３−１９００３０号公報

上記従来の磁気粘性流体装置のように、電磁石により磁気粘性流体に磁場を付与するものでは、電力を消費することから省エネルギー化が課題となる。

また、上記従来の磁気粘性流体装置は、受動体に回転負荷を与えるものに過ぎず、自らアクティブに受動体を回転させるものではない。つまり、受動体の回転動力は専ら外力によるものであり、磁気粘性流体装置側から受動体に回転動力を付与することはできない。このため、受動体の回転動作を外力に依存することなく自由にコントロールすることが困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みて創案されたものであり、磁気粘性流体装置において消費する電力の省エネ化を図ることができ、更に好ましくは、受動体の回転動作を外力に依存することなく自由にコントロールすることが容易になる磁気粘性流体装置ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る磁気粘性流体装置ユニットは、外力によって回転される受動体と、磁気粘性流体装置と、電動機と、電気回路とを備えている。前記磁気粘性流体装置は、前記受動体と連動して回転する回転部と、磁気粘性流体に磁場を付与する電磁石とを有し、前記磁気粘性流体に付与する磁場の強さに応じた回転負荷を前記回転部に生じさせるものである。前記電動機は、前記磁気粘性流体装置の前記回転部と連動して回転する回転軸を有するものである。前記電気回路は、前記電動機の給電端子を短絡状態または開放状態にすることが可能なものである。

かかる構成を備える磁気粘性流体装置ユニットによれば、例えば、電動機の給電端子を短絡状態にすることで、電動機に回生制動力が発生し、その回転制動力によって受動体の回転動作を制動することができるため、磁気粘性流体装置で消費する電力を抑制することができる。

上記構成を備える磁気粘性流体装置ユニットにおいて、前記電気回路は、前記電動機の給電端子を短絡状態、開放状態または給電状態にすることが可能なものであってもよい。

かかる構成を備える磁気粘性流体装置ユニットによれば、例えば、電動機の給電端子を給電状態にして電動機に給電するとともに、磁気粘性流体装置にも給電することで、受動体の回転動作を外力に依存することなく自由にコントロールすることが容易に行える。

上記構成を備える磁気粘性流体装置ユニットにおいて、前記磁気粘性流体装置の前記回転部と前記受動体との間に、前記磁気粘性流体装置側から前記受動体側へ向かって回転速度を減じる減速機が連結されたものであってもよい。

本発明に係る磁気粘性流体装置ユニットによれば、例えば、磁気粘性流体装置で消費する電力の省エネ化が図られる。

本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置ユニットの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体装置ユニットについて図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体装置ユニット１は、受動体２、減速機３、磁気粘性流体装置４、電動機５、磁気粘性流体装置用電流供給部６、電動機用電流供給部７、ユニット制御部８等を備えている。

受動体２は、外力によって回転されるものである。例えば、ユーザの使用行為、操作行為等に伴って回転される部品、部材等が受動体２の例として挙げられる。

減速機３は、磁気粘性流体装置４の回転部１１と受動体２の出力シャフトとの間に連結されており、磁気粘性流体装置４側の回転動力が、回転速度を減じて受動体２側へと伝達される。なお、減速機の本体はユニット取付部２２に取付けられている。

磁気粘性流体装置４は、その内部に磁気粘性流体が封入されており、電磁石に印加する電流値を変えることにより、磁気粘性流体に付与する磁場の大きさを変えることができ、これにより、その回転部１１に付与する回転負荷を変えることができる。なお、磁気粘性流体装置４の外部もユニット取付部２２に取付けられている。

例えば、図１に概略が例示された磁気粘性流体装置４では、シャフト１２とシャフト１２に回転一体に固定された円板１３とで回転部１１が構成されている。円板１３は、磁気粘性流体１４を封入した磁気粘性流体室１６に回転自在に配置されている。磁気粘性流体室１６は、中央に軸穴が形成された磁性体からなる円柱体１７と、図１に示すように内部にコイル１８が巻設されるとともに中央に軸穴が形成されたヨーク１９と、円柱体１７およびヨーク１９の外周に嵌め付けられた筒状の非磁性体からなるカバー２１と、コイル１８とで主に構成されている。コイル１８に電流が印加されると、図１の矢印Ｐに示す方向に沿って磁路が形成される。この磁路は、円板１３を板厚方向に貫通し、円板１３の周囲の磁気粘性流体に磁場を印加する。磁気粘性流体１４に磁場が印加されると、磁気粘性流体１４にクラスターが形成され、ずり応力が発現することにより、回転部１１の回転動作が制動される。

電動機５は、その本体部５ａがユニット取付部２２に取付けられ、その回転軸５ｂが磁気粘性流体装置４のシャフト１２に連結されている。

磁気粘性流体装置用電流供給部６は、ユニット制御部８の指令に従って、磁気粘性流体装置４のコイル１８に電流を供給する。

電動機用電流供給部７は、ユニット制御部８の指令に従って、電動機５の給電端子を短絡状態、開放状態または給電状態に切り替えることが可能な電気回路で構成される。給電端子を短絡させる回路上には、抵抗や可変抵抗を設けても良い。可変抵抗を設けた場合は、後述する回生制動の効き具合を容易に調整することができる。

ユニット制御部８は、磁気粘性流体装置ユニット１の全体の制御を司るものであり、外部から入力される様々な情報に基づいて、電磁石２３への給電制御および電動機５への給電制御を行う。なお、ユニット制御部８が受動体２の回転（回転量、回転速度等）を検出できるように、受動体２の回転を検出する回転センサ２４の出力信号がユニット制御部８に入力される。

次に、上記構成を備える磁気粘性流体装置ユニット１が実施可能な動作例を説明する。

＜磁気粘性流体装置の電源ＯＦＦ、電動機の電源ＯＮ＞
ユニット制御部８は、第１の所定条件下において、磁気粘性流体装置４に給電を行うことなく、電動機５のみに給電を行う（電動機５の給電端子を給電状態にする。）。この場合、磁気粘性流体装置４では、殆ど回転負荷を生じないため（基底トルクによる僅かな回転負荷は生じる。）、電動機５の回転動力は、磁気粘性流体装置４において殆ど低減されることなく減速機３、受動体２へと伝達される。

＜磁気粘性流体装置の電源ＯＦＦ、電動機の電源ＯＦＦ＞
ユニット制御部８は、第２の所定条件下において、磁気粘性流体装置４および電動機５の何れに対しても給電を行わない（電動機５の給電端子は開放状態とする。）。この場合、受動体２には、磁気粘性流体装置４および電動機５の基底トルクのみが作用し、殆ど無負荷状態となる。よって、受動体２は、外力によって自在に回転する。

＜磁気粘性流体装置の電源ＯＦＦ、電動機の電源ショート＞
ユニット制御部８は、第３の所定条件下において、磁気粘性流体装置４に給電を行うことなく、電動機５の給電端子を短絡状態にする。この場合、受動体２が回転動作していることを前提として、電動機５において回生制動力が発生し、当該制動力が磁気粘性流体装置４のシャフト１２および減速機３を介して受動体２の回転動作を制動する。このとき、磁気粘性流体装置ユニット１において一切電力が消費されないため、磁気粘性流体装置４を用いて制動した場合と比較して、省エネ化が図られる。

＜磁気粘性流体装置の電源ＯＮ、電動機の電源ＯＮ＞
ユニット制御部８は、第４の所定条件下において、磁気粘性流体装置４および電動機５の双方に給電を行う（電動機５の給電端子を給電状態とする。）。この場合、電動機５の回転動力は、磁気粘性流体装置４における制動作用を受けて、減速機３を介して受動体２に入力される。この態様によれば、磁気粘性流体装置４において生じる回転負荷を調整することにより、受動体２を一定トルクで回転させることが可能となる。

＜磁気粘性流体装置の電源ＯＮ、電動機の電源ＯＦＦ＞
ユニット制御部８は、第５の所定条件下において、磁気粘性流体装置４に給電を行い、電動機５に給電を行わない（電動機５の給電端子は開放状態とする。）。この場合、受動体２が回転動作していることを前提として、その回転動力は、減速機３を介して磁気粘性流体装置４において制動される。

＜磁気粘性流体装置の電源ＯＮ、電動機の電源ショート＞
ユニット制御部８は、第６の所定条件下において、磁気粘性流体装置４に給電を行い、電動機５の給電端子を短絡状態にする。この場合、受動体２が回転動作していることを前提として、磁気粘性流体装置４において制動力が発生するとともに、電動機５においても回生による制動力が発生するため、大きな制動力が得られる。また、電動機５では電力を消費することなく制動力を発生するため、前記第５の所定条件下における制動動作と比較して、省エネ化が図られる。

なお、上記第１〜第６の所定条件は、ユニット制御部８に入力される各種の情報に基づく条件とすることができる。前記各種の情報は特定のものに限定されるわけではないが、例えば、回転センサ２４からの信号により検出される受動体２の回転速度、回転位置等や、ユニット１の外部の装置から提供される情報等が挙げられる。

＜他の実施形態＞
既述した実施形態において、ユニット制御部８は、第４の所定条件下において、磁気粘性流体装置４および電動機５の双方に給電を行い、電動機５の回転動力が磁気粘性流体装置４における制動を経て、減速機３を介して受動体２に入力される旨を説明したが、この実施態様については更に応用が可能である。

例えば、受動体２をユーザの操作行為に伴って回転する部品、部材等（例えば乗り物のハンドル又はこれと連動する部品など）とした場合において、操作行為を行っているユーザに何らかの注意を促すべき事態が発生し、その旨の情報がユニット制御部８に入力された場合に、ユニット制御部８は、第４の所定条件が成立したものとみなして、電動機５を回転させながら、磁気粘性流体装置５に供給する電流値を繰り返し急変させる（例えば電流値をパルス状に変化させる）ようにしてもよい。これにより、受動体２（例えば乗り物のハンドル又はこれと連動する部品など）に回転振動が生じ、ユーザに当該注意を促すことが可能となる。

既述した実施形態に係る磁気粘性流体装置ユニット１は、受動体２と磁気粘性流体装置４との間に減速機３を設けたものであったが、減速機３を省略して、受動体２と磁気粘性流体装置４とを直接連結したものとしてもよい。

本発明は、例えば、外力により回転する受動体の回転動作を制動するためのものとして適用することが可能である。

１ 磁気粘性流体装置ユニット
２ 受動体
３ 減速機
４ 磁気粘性流体装置
５ 電動機
５ｂ 回転軸
７ 電動機用電流供給部（電気回路）
１１ 回転部
１２ シャフト
１３ 円板
１４ 磁気粘性流体
１８ コイル
２３ 電磁石

Claims (4)

1. 外力によって回転される受動体と、
   前記受動体と連動して回転する回転部と、磁気粘性流体に磁場を付与する電磁石とを有し、前記磁気粘性流体に付与する磁場の強さに応じた回転負荷を前記回転部に生じさせる磁気粘性流体装置と、
   前記磁気粘性流体装置の前記回転部と連動して回転する回転軸を有する電動機と、
   前記電動機の給電端子を短絡状態または開放状態に切り替えることが可能な電気回路と、
   を備え、
   前記回転部は、前記電動機の前記回転軸と連動して回転するシャフトと、該シャフトに回転一体に固定された円板とで構成され、
   前記円板は、前記磁気粘性流体装置の内部に封入された前記磁気粘性流体の内部に回転自在に配置されている、
   ことを特徴とする磁気粘性流体装置ユニット。
2. 請求項１に記載の磁気粘性流体装置ユニットにおいて、
   前記電気回路は、前記電動機の給電端子を短絡状態、開放状態または給電状態に切り替えることが可能なものである、
   ことを特徴とする磁気粘性流体装置ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の磁気粘性流体装置ユニットにおいて、
   前記磁気粘性流体装置の前記回転部と前記受動体との間に、前記磁気粘性流体装置側から前記受動体側へ向かって回転速度を減じる、減速機が連結されたことを特徴とする磁気粘性流体装置ユニット。
4. 外力によって回転される受動体と、
   前記受動体と連動して回転する回転部と、磁気粘性流体に磁場を付与する電磁石とを有し、前記磁気粘性流体に付与する磁場の強さに応じた回転負荷を前記回転部に生じさせる磁気粘性流体装置と、
   前記磁気粘性流体装置の前記回転部と連動して回転する回転軸を有する電動機と、
   前記電動機の給電端子を短絡状態、開放状態または給電状態に切り替えることが可能な電気回路と、
   を備え、
   外部から入力される情報に基づいて前記電磁石への給電制御および前記電動機への給電制御を行うユニット制御部を更に備え、
   前記ユニット制御部は、外部から入力される情報に基づく条件が所定条件下にある場合、前記磁気粘性流体装置の前記電磁石に電流値を繰り返し急変させる給電を行うとともに、前記電動機の給電端子を給電状態にして前記電動機に給電を行い前記電動機を回転させる、
   ことを特徴とする磁気粘性流体装置ユニット。

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