(57)【要約】【課題】ブレーキ磁気回路の工夫によりＭＲ流体中のより広い部分に磁束を流し、制動トルクを提供できるＭＲ流体ブレーキを提供する。【解決手段】ＭＲ流体ブレーキ１００において、ステータ１０およびロータ２０は磁性体を含み、ステータ１０とロータ２０との間にＭＲ流体３０が配置される。第１コイル４０および第２コイル５０は、ステータ１０、ロータ２０およびＭＲ流体３０を通る磁界を発生させる。第１コイル４０および第２コイル５０は、軸方向においてロータ２０に関して互いに反対側となるよう配置される。第１コイル４０および第２コイル５０は、第１コイル４０が発生させる磁界の第１コイル４０の巻回中心における軸方向成分と、第２コイル５０が発生させる磁界の第２コイル５０の巻回中心における軸方向成分とが、同一の向きとなるよう配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体を含むステータと、
磁性体を含むロータであって、前記ステータに対して定義される軸の周りに回転可能なロータと、
前記ステータと前記ロータとの間に配置されるＭＲ流体と、
前記ステータ、ロータおよび前記ＭＲ流体を通る磁界を発生させる第１コイルおよび第２コイルと
を備え、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、軸方向において前記ロータに関して互いに反対側となるよう配置されており、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、前記第１コイルが発生させる磁界の前記第１コイルの巻回中心における軸方向成分と、前記第２コイルが発生させる磁界の前記第２コイルの巻回中心における軸方向成分とが、同一の向きとなるよう配置されている、
ＭＲ流体ブレーキ。
【請求項２】
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、同一の軸の周りに巻回され、
前記第１コイルおよび前記第２コイルには、軸方向から見て同一の方向に電流が流れる、
請求項１に記載のＭＲ流体ブレーキ。
【請求項３】
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、同一の軸の周りに巻回され、
前記第１コイルの外径および前記第２コイルの外径は、前記ロータの外径以下である、
請求項１または２に記載のＭＲ流体ブレーキ。
【請求項４】
前記ロータは、軸方向に離間した複数のロータ部分を備え、
前記ステータは、各前記ロータ部分の間に配置されるロータ間ステータを備える、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＲ流体ブレーキ。
【請求項５】
前記ロータ間ステータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部は非磁性部である、請求項４に記載のＭＲ流体ブレーキ。
【請求項６】
前記ロータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部は非磁性部である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＭＲ流体ブレーキ。
【請求項７】
前記ロータ間ステータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部は非磁性部であり、
前記ロータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部は非磁性部であり、
前記ロータの前記非磁性部と、前記ロータ間ステータの非磁性部とは、軸方向から見て同一形状である、
請求項４に記載のＭＲ流体ブレーキ。
【請求項８】
前記ロータは、第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部を備え、前記ロータの第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部は、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置され、
前記ロータ間ステータは、第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部を備え、前記ロータ間ステータの第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部は、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置される、
請求項７に記載のＭＲ流体ブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＲ流体ブレーキに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲ流体中に磁気回路を形成し、ＭＲ流体の磁気結合剪断応力を利用するブレーキが公知である。特許文献１〜３にはこのようなＭＲ流体ブレーキの例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８０９３９５号公報
【特許文献２】特表２０１０−５３７９２２号公報
【特許文献３】特開２０１６−２１４１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のＭＲ流体ブレーキでは、磁気回路のうち制動トルクを提供するＭＲ流体中の磁束通過部分が限られ、トルクアップが難しいという問題があった。
【０００５】
たとえば図４に示すように、ステータ３１０の間にロータ３２０を配置して空間にＭＲ流体３３０を充填し、ステータ３１０に設けたコイル３４０によって磁界を発生させると、磁気回路Ｈ０に沿ってＭＲ流体３３０が磁気結合する。しかしながら、ステータ３１０とロータ３２０とを強く固定する結合は２箇所の領域Ｒ０のみとなり、制動トルクに限界がある。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、磁気回路の工夫でより広い範囲のＭＲ流体中に磁束を通して制動トルクを提供できるＭＲ流体ブレーキを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るＭＲ流体ブレーキは、
磁性体を含むステータと、
磁性体を含むロータであって、前記ステータに対して定義される軸の周りに回転可能なロータと、
前記ステータと前記ロータとの間に配置されるＭＲ流体と、
前記ステータ、ロータおよび前記ＭＲ流体を通る磁界を発生させる第１コイルおよび第２コイルと
を備え、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、軸方向において前記ロータに関して互いに反対側となるよう配置されており、
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、前記第１コイルが発生させる磁界の前記第１コイルの巻回中心における軸方向成分と、前記第２コイルが発生させる磁界の前記第２コイルの巻回中心における軸方向成分とが、同一の向きとなるよう配置されている。
特定の態様によれば、前記第１コイルおよび前記第２コイルは、同一の軸の周りに巻回され、前記第１コイルおよび前記第２コイルには、軸方向から見て同一の方向に電流が流れる。
特定の態様によれば、前記第１コイルおよび前記第２コイルは、同一の軸の周りに巻回され、前記第１コイルの外径および前記第２コイルの外径は、前記ロータの外径以下である。
特定の態様によれば、前記ロータは、軸方向に離間した複数のロータ部分を備え、前記ステータは、各前記ロータ部分の間に配置されるロータ間ステータを備える。
特定の態様によれば、前記ロータ間ステータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部に、コイル外周側の磁束とコイル内周側の磁束がリークしにくくするために非磁性部をもうける。
特定の態様によれば、前記ロータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部に同様の非磁性部をもうける。
特定の態様によれば、
前記ロータ間ステータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部は非磁性部であり、
前記ロータについて、軸を含む平面による断面において、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置する部分のうち少なくとも一部は非磁性部であり、
前記ロータの前記非磁性部と、前記ロータ間ステータの非磁性部とは、軸方向から見て同一形状である。
特定の態様によれば、
前記ロータは、第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部を備え、前記ロータの第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部は、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置され、
前記ロータ間ステータは、第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部を備え、前記ロータ間ステータの第１磁性部、前記非磁性部、および第２磁性部は、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るＭＲ流体ブレーキによれば、ＭＲ流体を挟んで両側にコイルが配置され中間部に配置されるロータ、ステータは磁束通過部の磁性材の間に非磁性部があるので、磁気回路がＭＲ流体中の多段化した中間ロータ、中間ステータの部分において制動トルクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＭＲ流体ブレーキの構成の例を示す部分断面図である。
【図２】図１の第１コイルおよび第２コイルが発生させる磁界を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るＭＲ流体ブレーキの構成の例を示す部分断面図である。
【図４】従来技術に係るＭＲ流体ブレーキの構成の例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＭＲ流体ブレーキ１００の構成の例を示す部分断面図である。ＭＲ流体ブレーキ１００は、ステータ１０およびロータ２０を備え、ステータ１０とロータ２０との間の制動を行う。ロータ２０はシャフト２１に固定されており、ステータ１０に対して定義される所定の軸Ｓの周りに、シャフト２１と一体に回転可能となっている。以下、本明細書において、単に「軸」という場合は軸Ｓを意味する。
【００１１】
ＭＲ流体ブレーキ１００はＭＲ流体３０を備え、ＭＲ流体３０はステータ１０とロータ２０との間に配置される。本実施形態では、ステータ１０は、第１側部分１１、第２側部分１２および外周部分１３（非磁性部）を備えており、第１側部分１１、第２側部分１２および外周部分１３によって構成される収容空間に、ロータ２０が収容されている。図１の例では、ＭＲ流体３０は、ステータ１０とロータ２０との双方に接触して充填されている。
【００１２】
ＭＲ流体ブレーキ１００は、第１コイル４０および第２コイル５０を備える。第１コイル４０および第２コイル５０は、軸方向において、ロータ２０に関して互いに反対側となるように配置される。とくに、図１の例では、ロータ２０を挟んで互いに略面対称となっており、第１コイル４０と第２コイル５０とは等径である（たとえば、第１コイル４０および第２コイル５０は、互いに内径および外径が等しい。）。また、図１の例では、第１コイル４０が巻回される平面と第２コイル５０が巻回される平面とは平行である。なお、面対称でない構成、巻回平面が平行でない構成、径が異なる構成、等も可能である。
【００１３】
第１コイル４０および第２コイル５０は、それぞれ所定の軸の周りに巻回される。図１の例では、第１コイル４０および第２コイル５０は、同一の軸Ｓの周りに巻回される。また、また、図１の例では、第１コイル４０および第２コイル５０の外径は、ロータ２０の外径以下に設計される。すなわち、図１の例では、ロータ２０は、第１コイル４０および第２コイル５０よりも径方向外側に延びている。
【００１４】
ステータ１０およびロータ２０は、いずれも磁性体を含む。ロータ２０の製造に関しては図１のようにすべて磁性体で製造しても、図３のようにアルミ合金等の金属や樹脂の非磁性材料に磁性材料をインサート成形したものを用いることもできる。第１コイル４０および第２コイル５０は、電流を供給されると、ステータ１０、ロータ２０およびＭＲ流体３０を通る磁界を発生させる。
【００１５】
図２を用いて、第１コイル４０および第２コイル５０が発生させる磁界について説明する。図２は、図１の部分拡大図である。第１コイル４０および第２コイル５０は、軸方向から見て同一の方向に電流が流れるよう配置される。言い換えると、第１コイル４０および第２コイル５０は、同一の向きの磁気回路を発生させるよう配置される。より厳密には、第１コイル４０および第２コイル５０は、第１コイル４０が発生させる磁界の第１コイル４０の巻回中心における軸方向成分と、第２コイル５０が発生させる磁界の第２コイル５０の巻回中心における軸方向成分とが、同一の向きとなるよう配置されている。
【００１６】
このような配置により、第１コイル４０および第２コイル５０に電流が供給されると、たとえば図２の磁気回路Ｈが構成される。ＭＲ流体３０は、ステータ１０とロータ２０との間で、この磁気回路に沿って磁気結合する。図２に示す断面では、４箇所の領域Ｒ１を中心として磁気結合が発生する（なお図示の都合上、磁気回路Ｈと領域Ｒ１との位置関係は必ずしも厳密ではない）。ロータ２０が回転している場合には、この磁気結合がロータ２０の制動トルクを提供し、ＭＲ流体ブレーキ１００がブレーキ機能を発揮する。
【００１７】
本実施形態では、第１コイル４０および第２コイル５０がロータ２０を挟んで両側に配置されているので、磁気回路Ｈは大きな断面積において（図２の断面ではロータ２０を挟む４箇所の領域Ｒ１において）ＭＲ流体３０の磁気結合を発生させ、比較的大きい部分において制動トルクを提供することができる。たとえば、図４（従来技術の例）と比べると、ステータ１０とロータ２０とを強く固定する結合の数が、片側の２箇所から両側の４箇所に増えている。
【００１８】
また、本実施形態では、第１コイル４０および第２コイル５０は、同一の軸Ｓの周りに巻回され、第１コイル４０および第２コイル５０には、軸方向から見て同一の方向に電流が流れるので、第１コイル４０によって発生する磁束と第２コイル５０によって発生する磁束との位置および向きが一致し、磁束を効率的に利用することができる。
【００１９】
また、本実施形態では、第１コイル４０および第２コイル５０は、同一の軸Ｓの周りに巻回され、第１コイル４０の外径および第２コイル５０の外径は、ロータ２０の外径以下であるので、ＭＲ流体ブレーキ１００全体の寸法を小さくすることができる。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、ステータ１０およびロータ２０の構成を変更するものである。以下、実施の形態１との相違点を説明する。
図３は、この発明の実施の形態２に係るＭＲ流体ブレーキ２００の構成の例を示す部分断面図である。図３は、図１における第１コイル４０および第２コイル５０の周辺の部分を拡大したものであるが、説明の便宜上、各構成要素の寸法および縦横の比率等を一部変更して概略図としている。
【００２１】
ＭＲ流体ブレーキ２００において、ロータ１２０は、複数のロータ部分１２１を備える。図３の例では、３つのロータ部分１２１が設けられている。ロータ部分１２１は、互いに軸方向に離間して設けられる。ロータ部分１２１は、それぞれシャフト２１に固定される。すべてのロータ部分１２１が単一の部品として連結して形成されてもよいが、ロータ部分１２１のうち一部またはすべてが互いに分離していてもよい。
【００２２】
ロータ部分１２１のうち少なくとも１つ（図３の例ではすべてのロータ部分１２１）は、磁性部および非磁性部を備える。非磁性部の製造には、たとえばアルミ合金や樹脂等の非磁性材料に磁性材料をインサート成形する方法も用いることができる。図３の例では、各ロータ部分１２１は、第１磁性部１２１ａと、非磁性部１２１ｂと、第２磁性部１２１ｃとを備える。この第１磁性部１２１ａ、非磁性部１２１ｂ、および第２磁性部１２１ｃは、たとえば、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置される。または、第１磁性部１２１ａ、非磁性部１２１ｂ、および第２磁性部１２１ｃはそれぞれ円環状をなし、径方向内側から外側に向かってこの順に配置される。
【００２３】
このような配置により、各ロータ部分１２１について、軸を含む平面による断面（たとえば図３に示す断面）において、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分が、非磁性部１２１ｂとなっている。なお、ここで「第１コイル４０と第２コイル５０との間」とは、当該断面において、第１コイル４０と第２コイル５０とのうち軸に対して同じ側にある部分どうしの間を意味する。（軸対象の上面側表記）
【００２４】
また、ＭＲ流体ブレーキ２００において、ステータ１１０は、各ロータ部分１２１の間に配置されるステータ部分１１４（ロータ間ステータ）を備える。図３の例では、２つのステータ部分１１４が設けられている。ステータ部分１１４は、それぞれステータ１１０に対して固定される。図３の例では、各ステータ部分１１４は外周部分１３に固定されている。すべてのステータ部分１１４が単一の部品として連結して形成されてもよいが、ステータ部分１１４のうち一部またはすべてが互いに分離していてもよい。
【００２５】
ステータ部分１１４のうち少なくとも１つ（図３の例ではすべてのステータ部分１１４）は、磁性部および非磁性部を備える。非磁性部の製造には、たとえばアルミ合金や樹脂等の非磁性材料に磁性材をインサート成形する方法も用いることができる。図３の例では、各ステータ部分１１４は、第１磁性部１１４ａと、非磁性部１１４ｂと、第２磁性部１１４ｃとを備える。この第１磁性部１１４ａ、非磁性部１１４ｂ、および第２磁性部１１４ｃは、たとえば、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置される。また、第１磁性部１１４ａ、非磁性部１１４ｂ、および第２磁性部１１４ｃはそれぞれ円環状をなし、径方向内側から外側に向かってこの順に配置される。
【００２６】
このような配置により、各ステータ部分１１４について、軸を含む平面による断面（たとえば図３に示す断面）において、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分が、非磁性部１１４ｂとなっている。ここでも、「第１コイル４０と第２コイル５０との間」とは、当該断面において、第１コイル４０と第２コイル５０とのうち軸に対して同じ側にある部分どうしの間を意味する。（軸対象の上面側表記）
【００２７】
図３の例では、ロータ部分１２１の非磁性部１２１ｂと、ステータ部分１１４の非磁性部１１４ｂとはいずれも幅および厚さを有する円環形状であり、とくに、内径と、外径が等しい。このように、ロータ部分１２１の非磁性部１２１ｂと、ステータ部分１１４の非磁性部１１４ｂとは、同一形状であるか、または、少なくとも軸方向から見て同一形状であってもよい。
【００２８】
本実施形態では、第１コイル４０および第２コイル５０がロータ１２０を挟んで両側に配置されているので、磁気回路Ｈは大きな断面積において（図３の断面では複数のロータ部分１２１およびステータ部分１１４を含む多数の領域において）ＭＲ流体３０の磁気結合を発生させ、比較的大きい部分において制動トルクを提供することができる。
【００２９】
このように、本実施形態では、ロータ１２０は、軸方向に離間した複数のロータ部分１２１を備え、ステータ１１０は、各ロータ部分１２１の間に配置されるステータ部分１１４を備えるので、磁気回路Ｈは大きな断面積においてＭＲ流体３０の磁気結合を発生させ、比較的大きい部分において制動トルクを提供することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、実施の形態１と異なり、磁性部および非磁性部が適切に配置されているので、磁気回路がより適切な構成で発生する。すなわち、第１コイル４０と第２コイル５０との間に非磁性部（非磁性部１２１ｂおよび非磁性部１１４ｂ）が配置され、非磁性部の両側に磁性部（第１磁性部１２１ａ、第２磁性部１２１ｃ、第１磁性部１１４ａ、第２磁性部１１４ｃ）が配置されているので、磁気回路は非磁性部を通らず磁性部のみを通って形成される。このため、ロータ部分１２１およびステータ部分１１４における磁束の径方向成分が抑制され、磁束をより効率的に利用することができる。
【００３１】
このように、本実施形態では、ステータ部分１１４について、軸Ｓを含む平面による断面において、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分に非磁性部１１４ｂであるので、磁束をより効率的に利用することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、ロータ１２０のロータ部分１２１について、軸Ｓを含む平面による断面において、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分に非磁性部１２１ｂであるので、磁束をより効率的に利用することができる。
【００３３】
とくに、ロータ部分１２１の非磁性部１２１ｂと、ステータ部分１１４の非磁性部１１４ｂとを軸方向から見て同一形状に形成することにより、磁束を磁性部に沿って軸方向に誘導することができる。すなわち、磁束は磁性部のみを通り、非磁性部は通りにくいので、ロータ１２０周辺の磁気回路が軸方向により平行となり、磁束の径方向成分が抑制されるように構成することができ、磁束をより効率的に利用できる。
【００３４】
このように、本実施形態では、ステータ部分１１４について、軸Ｓを含む平面による断面において、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分が非磁性部１１４ｂであり、ロータ１２０について、軸Ｓを含む平面による断面において、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分が非磁性部１２１ｂであり、ロータ１２０の非磁性部１２１ｂと、ステータ部分１１４の非磁性部１１４ｂとは、軸方向から見て同一形状であるので、磁束を磁性部に沿って軸方向に誘導することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、ロータ１２０は、第１磁性部１２１ａ、非磁性部１２１ｂ、および第２磁性部１２１ｃを備え、ロータ１２０の第１磁性部１２１ａ、非磁性部１２１ｂ、および第２磁性部１２１ｃは、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置され、ステータ部分１１４は、第１磁性部１１４ａ、非磁性部１１４ｂ、および第２磁性部１１４ｃを備え、ステータ部分１１４の第１磁性部１１４ａ、非磁性部１１４ｂ、および第２磁性部１１４ｃは、径方向内側から外側に向かって同心円状に配置されるので、磁束を磁性部に沿って軸方向に誘導することができる。
【００３６】
上述の実施の形態２では、ロータ部分１２１およびステータ部分１１４の双方が非磁性部を含むが、磁性部および非磁性部の関係は適宜変形可能である。たとえば、ロータ部分１２１およびステータ部分１１４の一方または双方について、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分の全体を非磁性部としてもよいし、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分のうち一部のみを非磁性部としてもよい。なお、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分のうち一部のみを非磁性部とし残部を磁性部とする場合には、磁性部はなるべく小さくすることが好ましいが、漏れ磁束が十分少なければ成り立つ。
【００３７】
また、実施の形態１において、実施の形態２と同様に非磁性部を設けてもよい。なお実施の形態１において、ステータ部分１１４に相当する部分が存在しない場合には、ロータ２０のみに非磁性部を設けてもよい。すなわち、ロータ２０について、軸Ｓを含む平面による断面において、第１コイル４０と第２コイル５０との間に位置する部分のうち少なくとも一部を非磁性部としてもよい。このようにすると、ロータ２０周辺の磁気回路が軸方向により平行となり、磁束の径方向成分が抑制されるように構成することができ、磁束をより効率的に利用できる。また、ロータ２０に非磁性部を設ける場合には、第１コイル４０または第２コイル５０のいずれかを省略してもよい。
【００３８】
実施の形態１および２では、第１コイル４０および第２コイル５０をそれぞれ１つずつ設けたが、これらのいずれかまたは双方を複数設けてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１１０  ステータ、２０，１２０  ロータ、３０  ＭＲ流体、４０  第１コイル、５０  第２コイル、１００，２００  ＭＲ流体ブレーキ、１１４  ステータ部分（ロータ間ステータ。１１４ａ  第１磁性部、１１４ｂ  非磁性部、１１４ｃ  第２磁性部）、１２１  ロータ部分（１２１ａ  第１磁性部、１２１ｂ  非磁性部、１２１ｃ  第２磁性部）、Ｓ  軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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