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JP6933978B2 - Torque generator - Google Patents
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JP6933978B2 - Torque generator - Google Patents

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Description

本発明は、磁気粘性流体を用いてトルクを変化させることができるトルク発生装置に関する。 The present invention relates to a torque generator capable of changing torque using a ferrofluid.

特許文献1に記載のブレーキは、ロータと、ロータが接続され回転可能なシャフトと、シャフトを支持し、磁界発生器が配置されたハウジングと、磁界制御可能材料(磁気粘性流体)と、電子装置とを備えている。このブレーキにおいては、ロータの周りの磁気粘性流体に磁界発生器の磁界が作用して、シャフトの回転を抑制することができる。 The brake described in Patent Document 1 includes a rotor, a shaft to which the rotor is connected and rotatable, a housing that supports the shaft and a magnetic field generator is arranged, a magnetic field controllable material (ferrofluid), and an electronic device. And have. In this brake, the magnetic field of the magnetic field generator acts on the ferrofluid around the rotor to suppress the rotation of the shaft.

特許第5425269号公報Japanese Patent No. 5425269

特許文献1に記載のブレーキのように、磁気粘性流体に磁界を作用させることによって、シャフトなどの操作部におけるトルクを変化させるトルク発生装置では、物理的に壁で停まるのと同様の操作感触を付与するエンドストップ制御と、ほとんど抵抗の無い操作感触に対応した適度な摩擦力を付与する微小トルク制御との双方、さらには、これらの間の範囲でのトルク制御が求められつつある。しかしながら、特許文献1には、磁気粘性流体に生じるトルクを制御するために磁界発生器に印加する電流の制御について詳細な記述がなく、操作感触の大小に関わらずに共通の制御を行っていると考えられる。このような共通制御においては、例えば、エンドストップ制御に適した制御を微小トルク制御にも適用するとトルクの変化量が大きすぎるため、微小トルク制御を実質的に行うことができない。 In a torque generator that changes the torque in an operation unit such as a shaft by applying a magnetic field to a magnetically viscous fluid, such as the brake described in Patent Document 1, the operation feel is similar to that of physically stopping on a wall. There is a growing demand for both end-stop control that imparts a small torque control that imparts an appropriate frictional force corresponding to an operation feel with almost no resistance, and torque control within a range between these. However, Patent Document 1 does not describe in detail the control of the current applied to the magnetic field generator in order to control the torque generated in the ferrofluid, and the common control is performed regardless of the magnitude of the operation feel. it is conceivable that. In such a common control, for example, if the control suitable for the end stop control is applied to the minute torque control, the amount of change in torque is too large, so that the minute torque control cannot be substantially performed.

そこで本発明は、トルクの大きさに対応した細かなトルク制御が可能なトルク発生装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a torque generator capable of fine torque control corresponding to the magnitude of torque.

上記課題を解決するために、本発明のトルク発生装置は、印加された磁界に応じて粘度が変化する磁気粘性流体と、通電により、磁気粘性流体に印加する磁界を発生するコイル部と、磁気粘性流体の粘度によってトルクが変化する操作部と、コイル部への通電を制御する制御部と、コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替えられる切り替え手段とを備えることを特徴としている。
この構成においては、切り替え手段によって、コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替えることができるため、トルクの大きさに対応してトルク制御の範囲を変更できることから、細かなトルク制御が可能なトルク発生装置を提供することが可能となる。
In order to solve the above problems, the torque generator of the present invention includes a ferrofluid whose viscosity changes according to an applied magnetic field, a coil portion that generates a magnetic field applied to the ferrofluid by energization, and a magnetic field. It is characterized by including an operation unit whose torque changes depending on the viscosity of the viscous fluid, a control unit that controls energization of the coil unit, and a switching means that can switch the upper limit value at which a magnetic field can be generated by the coil unit.
In this configuration, the upper limit value at which the magnetic field generated by the coil portion can be generated can be switched by the switching means, so that the torque control range can be changed according to the magnitude of the torque. It becomes possible to provide a generator.

本発明のトルク発生装置において、切り替え手段は、コイル部へ通電する電流範囲を切り替えることによって、コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替える切り替え回路を備え、切り替え回路は、制御部からの切り替え信号によって制御されることが好ましい。
これにより、コイル部による磁界が発生できる上限値を、簡単な構成で切り替えることが可能となる。
In the torque generator of the present invention, the switching means includes a switching circuit for switching the upper limit value at which a magnetic field can be generated by the coil portion by switching the current range of energizing the coil portion, and the switching circuit is a switching signal from the control unit. It is preferable to be controlled by.
This makes it possible to switch the upper limit value at which the magnetic field generated by the coil portion can be generated with a simple configuration.

本発明のトルク発生装置において、切り替え手段は、コイル部に直列に接続された電流制限素子を備え、切り替え回路は、制御部からの切り替え信号によって、電流制限素子を通る経路、又は、電流制限素子を通らない回路のいずれか一方を選択するように制御されることが好ましい。
この構成においては、電流制限素子を介してコイル部に通電することで、コイル部への印加電流の範囲の上限値が小さい範囲においても、印加電流を精密に制御することができる。
In the torque generator of the present invention, the switching means includes a current limiting element connected in series with the coil portion, and the switching circuit is a path passing through the current limiting element or a current limiting element by a switching signal from the control unit. It is preferable to be controlled to select one of the circuits that do not pass through.
In this configuration, by energizing the coil portion via the current limiting element, the applied current can be precisely controlled even in a range where the upper limit of the range of the applied current to the coil portion is small.

本発明のトルク発生装置において、上記コイル部を複数のコイルで構成し、切り替え手段は、制御部からの切り替え信号によって、複数のコイルのうちの一部に通電する経路、又は、複数のコイルのうちの他部若しくは複数のコイルのすべてに通電する経路のいずれか一方を選択するように制御されるように構成することもできる。
これにより、コイル部に通電する電流値が同じであっても、複数のコイルのうちの一部に通電する場合は、発生する磁束密度が小さくなるため、微小トルク制御をより精密に行うことができる。また、電流が印加されるコイルの抵抗が他のコイルと異なるようにして、コイル部に通電する電流値の上限を異ならせることができる。
In the torque generator of the present invention, the coil unit is composed of a plurality of coils, and the switching means is a path for energizing a part of the plurality of coils or a plurality of coils by a switching signal from the control unit. It can also be configured to be controlled to select either one of the paths that energize the other part of it or all of the coils.
As a result, even if the current value for energizing the coil portion is the same, when energizing a part of a plurality of coils, the generated magnetic flux density becomes small, so that minute torque control can be performed more precisely. can. Further, the resistance of the coil to which the current is applied can be made different from that of other coils, so that the upper limit of the current value for energizing the coil portion can be changed.

本発明のトルク発生装置において、切り替え手段は、コイル部に接続された駆動回路と、複数の異なる電源電圧回路とを備え、制御部からの切り替え信号によって、駆動回路に電源を供給する電源供給部として、複数の電源電圧回路から1つの電源電圧回路を選択するように制御されることが好ましい。
これにより、コイル部が発生する磁界の上限値を、簡単な構成で切り替えることが可能となる。
In the torque generator of the present invention, the switching means includes a drive circuit connected to the coil unit and a plurality of different power supply voltage circuits, and a power supply unit that supplies power to the drive circuit by a switching signal from the control unit. It is preferable that the control is performed so that one power supply voltage circuit is selected from a plurality of power supply voltage circuits.
This makes it possible to switch the upper limit of the magnetic field generated by the coil portion with a simple configuration.

本発明のトルク発生装置において、コイル部を固定配置するハウジングと、ハウジングに回転操作可能に軸支された、操作部としての軸部と、軸部に固定されて一体に回転可能に設けられた可動部材と、軸部の回転を検出する回転角度検出手段とを備え、制御部は、軸部の回転角度に応じて、軸部に与えるトルクを変化させる設定データを記憶する記憶部と、回転角度検出手段による検出結果、及び、設定データに基づいて、軸部に与えるトルクを算出するトルク算出部と、を有し、算出された軸部に与えるトルクの大きさに応じて、切り替え手段を制御するとともにコイル部に通電する電流値を制御することが好ましい。
これにより、操作部としての軸部や可動部材を備えた構成においても、切り替え手段によって、コイル部が発生する磁界の上限値を切り替えることができるため、トルクの大きさに対応してトルク制御の範囲を変更できることから、細かなトルク制御が可能となり操作部の操作感触が向上する。
In the torque generator of the present invention, a housing in which the coil portion is fixedly arranged, a shaft portion as an operation portion that is pivotally supported by the housing so as to be rotatable, and a shaft portion that is fixed to the shaft portion and rotatably provided. A movable member and a rotation angle detecting means for detecting the rotation of the shaft portion are provided, and the control unit includes a storage unit that stores setting data for changing the torque applied to the shaft portion according to the rotation angle of the shaft portion, and a rotation unit. It has a torque calculation unit that calculates the torque applied to the shaft portion based on the detection result by the angle detection means and the setting data, and the switching means is switched according to the magnitude of the torque applied to the calculated shaft portion. It is preferable to control and control the current value that energizes the coil portion.
As a result, even in a configuration provided with a shaft portion or a movable member as an operation portion, the upper limit value of the magnetic field generated by the coil portion can be switched by the switching means, so that the torque can be controlled according to the magnitude of the torque. Since the range can be changed, fine torque control is possible and the operation feel of the operation unit is improved.

本発明によると、トルクの大きさに対応した細かなトルク制御が可能なトルク発生装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a torque generator capable of fine torque control corresponding to the magnitude of torque.

本発明の実施形態に係るトルク発生装置の第1の構造例を示す縦断面図である。It is a vertical sectional view which shows the 1st structural example of the torque generator which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すトルク発生装置の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the torque generator shown in FIG. 本発明の実施形態における制御回路及び回転角度検出手段を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the control circuit and the rotation angle detecting means in embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るトルク発生装置の第2の構造例の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the 2nd structural example of the torque generator which concerns on embodiment of this invention. 第1実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。It is a functional block diagram in the torque generator of 1st Embodiment. 第2実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。It is a functional block diagram in the torque generator of the 2nd Embodiment. 第3実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。It is a functional block diagram in the torque generator of the 3rd Embodiment. 第4実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。It is a functional block diagram in the torque generator of 4th Embodiment. 第5実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。It is a functional block diagram in the torque generator of 5th Embodiment.

以下、本発明の実施形態に係るトルク発生装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
<トルク発生装置の構造>
まず、トルク発生装置の構造について、図面を参照しつつ説明する。以下の説明においては、操作部100における軸部111を、その中心軸11の周りに回転させるときに、軸部111の先端部113に固定した磁性ディスク120を介して、磁気粘性流体160による抵抗力を受けるような構造の例を挙げるが、本発明のトルク発生装置の構造はこれに限定されない。
Hereinafter, the torque generator according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Structure of torque generator>
First, the structure of the torque generator will be described with reference to the drawings. In the following description, when the shaft portion 111 of the operation unit 100 is rotated around the central shaft 11, the resistance due to the ferrofluid 160 via the magnetic disk 120 fixed to the tip portion 113 of the shaft portion 111. An example of a structure that receives a force is given, but the structure of the torque generator of the present invention is not limited to this.

<第1の構造例>
図1は、本発明の実施形態に係るトルク発生装置の第1の構造例を示す縦断面図である。図2は、図1に示すトルク発生装置の分解斜視図である。図1は、中心軸11を通る平面で切断した断面を示す。
<First structural example>
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a first structural example of the torque generator according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the torque generator shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section cut in a plane passing through the central axis 11.

トルク発生装置10は、保持部20(ハウジング)と操作部100(可動部材)とを備える。操作部100は、シャフト部110と磁性ディスク120とを含み、一体となって中心軸11(回転軸)を中心として回転するように連結される。操作部100は、支持部材140、ラジアル軸受151、及び、プッシャ152を介して、回転操作可能な状態で保持部20に軸支されている。さらに、トルク発生装置10内に設けた隙間80には、磁気粘性流体160が満たされている。 The torque generator 10 includes a holding portion 20 (housing) and an operating portion 100 (movable member). The operation unit 100 includes a shaft unit 110 and a magnetic disk 120, and is integrally connected so as to rotate about a central shaft 11 (rotational shaft). The operation unit 100 is pivotally supported by the holding unit 20 in a state in which it can be rotationally operated via a support member 140, a radial bearing 151, and a pusher 152. Further, the gap 80 provided in the torque generator 10 is filled with the ferrofluid 160.

保持部20は、第1ヨークとしての3つのヨーク31、32、33と、第2ヨーク40と、コイル部(磁界発生部)としてのコイル50と、封止部材60と、第1の環状部材65と、第2の環状部材70と、上部ケースとしての第3ヨーク90を含む。図1に示すように、中心軸11に沿った第1の方向D1において、磁性ディスク120を挟む一方に第1ヨークとしての3つのヨーク31、32、33がそれぞれ位置し、磁性ディスク120を挟む他方に第2ヨーク40が位置するように組み合わされている。第1ヨークとしての3つのヨーク31、32、33と、第2ヨーク40と、第3ヨーク90とは、それぞれ別々に加工されて形成されている。ただし、これらのヨークのいずれかが組み合わされて一体に形成されていてもよい。 The holding portion 20 includes three yokes 31, 32, 33 as the first yoke, a second yoke 40, a coil 50 as a coil portion (magnetic field generating portion), a sealing member 60, and a first annular member. It includes 65, a second annular member 70, and a third yoke 90 as an upper case. As shown in FIG. 1, in the first direction D1 along the central axis 11, three yokes 31, 32, 33 as the first yokes are positioned on one side of sandwiching the magnetic disk 120, respectively, and sandwiches the magnetic disk 120. On the other hand, the second yoke 40 is combined so as to be located. The three yokes 31, 32, 33 as the first yoke, the second yoke 40, and the third yoke 90 are formed by being processed separately. However, any of these yokes may be combined and integrally formed.

磁界発生部としてのコイル50は、図2に示すように、円環状をなしている。コイル50は、中心軸11の周りを回るように巻き付けられた導線を含むコイルである。コイル50は、3つのヨーク31、32、33によって保持部20(ハウジング)に固定配置されている。コイル50には、図示しない接続部材を介して、制御回路200(制御部)(図3)からの制御信号に基づいて生成された波形で電流が供給される。コイル50に電流が供給されると磁界が発生する。 As shown in FIG. 2, the coil 50 as the magnetic field generating portion has an annular shape. The coil 50 is a coil including a conducting wire wound around the central shaft 11. The coil 50 is fixedly arranged in the holding portion 20 (housing) by three yokes 31, 32, 33. A current is supplied to the coil 50 via a connecting member (not shown) with a waveform generated based on a control signal from the control circuit 200 (control unit) (FIG. 3). When a current is supplied to the coil 50, a magnetic field is generated.

図3は、本発明の実施形態における制御回路200及び回転角度検出手段210を示す機能ブロック図である。コイル50への通電は制御回路200によって制御される。制御回路200は、少なくとも、記憶部201とトルク算出部202とを備える。記憶部201は、軸部111の回転角度に応じて、軸部111に与えるトルクを変化させる設定データを記憶している。トルク算出部202は、回転角度検出手段210による検出結果、及び、記憶部201に記憶された設定データに基づいて、軸部111に与えるトルクを算出する。制御回路200は、トルク算出部202で算出されたトルクの大きさに応じて、パルス幅変調信号(PWM信号)を駆動回路へ出力し、また、切り替え信号としてのエンドストップ信号を切り替え手段(図5〜図9参照)へ出力する。これにより、制御回路200は、切り替え手段を制御するとともにコイル50に通電する電流値を制御する。なお、DIR信号は、コイル50に通電する電流の向きを変える制御信号である。 FIG. 3 is a functional block diagram showing the control circuit 200 and the rotation angle detecting means 210 according to the embodiment of the present invention. The energization of the coil 50 is controlled by the control circuit 200. The control circuit 200 includes at least a storage unit 201 and a torque calculation unit 202. The storage unit 201 stores setting data for changing the torque applied to the shaft unit 111 according to the rotation angle of the shaft unit 111. The torque calculation unit 202 calculates the torque to be given to the shaft unit 111 based on the detection result by the rotation angle detecting means 210 and the setting data stored in the storage unit 201. The control circuit 200 outputs a pulse width modulation signal (PWM signal) to the drive circuit according to the magnitude of the torque calculated by the torque calculation unit 202, and also outputs an end stop signal as a switching signal to the switching means (FIG. FIG. Output to 5 to (see Fig. 9). As a result, the control circuit 200 controls the switching means and also controls the current value that energizes the coil 50. The DIR signal is a control signal that changes the direction of the current that energizes the coil 50.

回転角度検出手段210は磁性ディスク120が中心軸11を中心として回転するときの回転角度を検出するものであって、例えば、磁性ディスク120に向けて検査光を出射する光源と、磁性ディスク120からの反射光を受光する受光素子とによって構成する。 The rotation angle detecting means 210 detects the rotation angle when the magnetic disk 120 rotates about the central axis 11. For example, from a light source that emits inspection light toward the magnetic disk 120 and the magnetic disk 120. It is composed of a light receiving element that receives the reflected light of.

図1に示すように、第1ヨークは、コイル50の内側(中心軸11に近い側)及び上側に配置された上側ヨーク31と、コイル50の外側(中心軸11から遠い側)に配置された外側ヨーク32と、コイル50の下側に配置された下側ヨーク33とを備える。これらの3つのヨーク31、32、33は、中心軸11を中心として同心状に配置され、コイル50を囲むように互いに結合されて配置される。 As shown in FIG. 1, the first yoke is arranged on the inner side of the coil 50 (the side closer to the central axis 11) and the upper yoke 31 arranged on the upper side, and on the outer side of the coil 50 (the side far from the central axis 11). The outer yoke 32 and the lower yoke 33 arranged below the coil 50 are provided. These three yokes 31, 32, and 33 are arranged concentrically with respect to the central axis 11, and are arranged so as to be connected to each other so as to surround the coil 50.

上側ヨーク31の上側には第3ヨーク90が固定され、そして、第1ヨークとしての3つのヨーク31、32、33、及び、第3ヨーク90によってコイル50を囲む磁路が形成される。 A third yoke 90 is fixed to the upper side of the upper yoke 31, and a magnetic path surrounding the coil 50 is formed by the three yokes 31, 32, 33 as the first yoke and the third yoke 90.

コイル50の下側において、径方向(第2の方向D2)で互いに対向する2つのヨーク32、33の間には環状の空間が形成されており、この空間に封止部材60が配置されることによって磁気ギャップが形成される。封止部材60は、円環状をなしており、合成樹脂などの非磁性材料で構成される。封止部材60は、例えば、流動状態の材料を空間内に充填し、これを固化させることにより配置される。または、あらかじめ円環状に形成され、弾性を有する材料を空間内に圧入することによって封止部材60を配置してもよい。さらにまたは、非弾性材料を円環状に加工して接着材で固定することによって封止部材60を構成してもよい。 An annular space is formed between the two yokes 32 and 33 facing each other in the radial direction (second direction D2) on the lower side of the coil 50, and the sealing member 60 is arranged in this space. This forms a magnetic gap. The sealing member 60 has an annular shape and is made of a non-magnetic material such as a synthetic resin. The sealing member 60 is arranged, for example, by filling the space with a fluid material and solidifying the material. Alternatively, the sealing member 60 may be arranged by press-fitting an elastic material formed in an annular shape in advance into the space. Further, the sealing member 60 may be formed by processing the non-elastic material into an annular shape and fixing it with an adhesive.

図2に示すように、第2ヨーク40は、円板状をなしており、第1ヨークのうちの下側の2つのヨーク32、33の下方に配設される。第2ヨーク40は、中心軸11に沿った上下方向に直交する上面41を有する。第2ヨーク40には、中心軸11を囲む位置で上下に貫通する環状の孔部42が設けられている。図1に示すように、孔部42内には上下方向に延びる支持部材(ピボット支持部材)140が挿入されており、この支持部材140は第2ヨーク40の下面43に固定された保持具141によって第2ヨーク40に固定されている。シャフト部110の先端部113は、支持部材140によって回転自在に支持される。 As shown in FIG. 2, the second yoke 40 has a disk shape and is arranged below the two lower yokes 32 and 33 of the first yoke. The second yoke 40 has an upper surface 41 orthogonal to the vertical direction along the central axis 11. The second yoke 40 is provided with an annular hole 42 that penetrates vertically at a position surrounding the central shaft 11. As shown in FIG. 1, a support member (pivot support member) 140 extending in the vertical direction is inserted in the hole 42, and the support member 140 is a holder 141 fixed to the lower surface 43 of the second yoke 40. Is fixed to the second yoke 40 by. The tip 113 of the shaft 110 is rotatably supported by the support member 140.

第1ヨークのうちの下側の2つのヨーク32、33の底面と、封止部材60の底面とは、中心軸11に直交する方向において、連続する面を形成しており、この面と第2ヨーク40の上面41との間に隙間80が形成されている。この隙間80の中には、中心軸11に直交する径方向に沿って延びるように磁性ディスク120が配置されるとともに、磁気粘性流体160が満たされている。磁性ディスク120は、中心軸11に沿った第1の方向D1において、コイル50と互いに重複するように位置する。 The bottom surfaces of the two lower yokes 32 and 33 of the first yoke and the bottom surface of the sealing member 60 form continuous surfaces in a direction orthogonal to the central axis 11, and these surfaces and the first yoke form a continuous surface. A gap 80 is formed between the two yokes 40 and the upper surface 41. In the gap 80, the magnetic disk 120 is arranged so as to extend along the radial direction orthogonal to the central axis 11, and the magnetic viscous fluid 160 is filled. The magnetic disk 120 is positioned so as to overlap with the coil 50 in the first direction D1 along the central axis 11.

ここで、磁気粘性流体160は、磁界が印加されると粘度が変化する物質であり、例えば、非磁性の液体(溶媒)中に磁性材料からなる粒子(磁性粒子)が分散された流体である。磁気粘性流体160に含まれる磁性粒子としては、例えば、カーボンを含有した鉄系の粒子やフェライト粒子が好ましい。カーボンを含有した鉄系の粒子としては、例えば、カーボン含有量が0.15%以上であることが好ましい。磁性粒子の直径は、例えば0.5μm以上が好ましく、さらには1μm以上が好ましい。磁気粘性流体160は、磁性粒子が重力で沈殿しにくくなるように、溶媒と磁性粒子を選定することが望ましい。さらに、磁気粘性流体160は、磁性粒子の沈殿を防ぐカップリング材を含むことが望ましい。 Here, the magnetic viscous fluid 160 is a substance whose viscosity changes when a magnetic field is applied, and is, for example, a fluid in which particles (magnetic particles) made of a magnetic material are dispersed in a non-magnetic liquid (solvent). .. As the magnetic particles contained in the ferrofluid 160, for example, iron-based particles containing carbon and ferrite particles are preferable. As the iron-based particles containing carbon, for example, the carbon content is preferably 0.15% or more. The diameter of the magnetic particles is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more. For the magnetic viscous fluid 160, it is desirable to select a solvent and magnetic particles so that the magnetic particles are less likely to precipitate due to gravity. Further, the ferrofluid 160 preferably contains a coupling material that prevents the precipitation of magnetic particles.

径方向において、磁性ディスク120の外側には第1の環状部材65が配置され、さらに、第1の環状部材65の外側には第2の環状部材70が配置されている。これらの環状部材65、70は、それぞれ、中心軸11を軸とする円環状をなしており、同心円状に配置され、合成樹脂などの非磁性材料で構成されている。第2の環状部材70の内周面は、第2ヨーク40に沿った形状とされており、第2ヨーク40の外周面及び外側ヨーク32の底面にそれぞれ固定されている。これにより、外側ヨーク32と第2ヨーク40は、第1の方向D1に沿って延びる第2の環状部材70によって、第1の方向D1において互いに接続される。このようにして、第2の環状部材70によって、第1ヨークとしての3つのヨーク31、32、33と、第2ヨーク40とが互いに接続され、保持部20が一体に固定されている。
なお、第2の環状部材70は、全体が非磁性体材料で形成されていなくてもよく、外側ヨーク32と第2ヨーク40とを磁気的に短絡させない非磁性体部を有する複合材料であってもよい。
In the radial direction, the first annular member 65 is arranged on the outside of the magnetic disk 120, and the second annular member 70 is arranged on the outside of the first annular member 65. Each of these annular members 65 and 70 has an annular shape centered on the central axis 11, is arranged concentrically, and is made of a non-magnetic material such as a synthetic resin. The inner peripheral surface of the second annular member 70 has a shape along the second yoke 40, and is fixed to the outer peripheral surface of the second yoke 40 and the bottom surface of the outer yoke 32, respectively. As a result, the outer yoke 32 and the second yoke 40 are connected to each other in the first direction D1 by the second annular member 70 extending along the first direction D1. In this way, the second annular member 70 connects the three yokes 31, 32, 33 as the first yoke and the second yoke 40 to each other, and the holding portion 20 is integrally fixed.
The second annular member 70 does not have to be entirely made of a non-magnetic material, and is a composite material having a non-magnetic part that does not magnetically short-circuit the outer yoke 32 and the second yoke 40. You may.

また、第1の環状部材65は第2の環状部材70の内周面に固定されており、これにより、径方向において隙間80が第1の環状部材65によって閉じられる。第1の環状部材65は、磁性ディスク120の外周面との間に間隙を有して囲むように全周に亘って配置されている。 Further, the first annular member 65 is fixed to the inner peripheral surface of the second annular member 70, whereby the gap 80 is closed by the first annular member 65 in the radial direction. The first annular member 65 is arranged over the entire circumference so as to surround the magnetic disk 120 with a gap from the outer peripheral surface.

上述のように、第1ヨークの3つのヨーク31、32、33と、第3ヨーク90とが接続され、さらに、磁性ディスク120を挟んで第2ヨーク40が接続されることによって、コイル50が発生する磁界を閉ループにする磁路(磁気回路)が形成される。この構成において、コイル50に電流を印加すると、磁束がコイル50の周りを通るような磁界が形成され、コイル50に対して逆向きに電流を印加すると、逆向きの流れの磁界が形成される。例えば、中心軸11の方向に沿って上側ヨーク31と下側ヨーク33から第2ヨーク40側へ向かう磁束が、隙間80内の磁性ディスク120を通り、この磁束は主に第2ヨーク40では主に中心軸11から遠ざかる方向へ進む。さらに、第2ヨーク40の径方向外側においては、中心軸11の方向に沿って下から上へ、すなわち第2ヨーク40から外側ヨーク32側へ主に進む。この磁束は、コイル50よりも上側においては、主に、外側ヨーク32側から上側ヨーク31を通って、中心軸11へ近づく方向ヘ進み、コイル50の内側に対応する領域で、上から下へ、第1ヨークの上側ヨーク31と下側ヨーク33内を進み、再び磁性ディスク120を通って第2ヨーク40に至る。 As described above, the coil 50 is formed by connecting the three yokes 31, 32, 33 of the first yoke and the third yoke 90, and further connecting the second yoke 40 with the magnetic disk 120 interposed therebetween. A magnetic path (magnetic circuit) that makes the generated magnetic field a closed loop is formed. In this configuration, when a current is applied to the coil 50, a magnetic field is formed so that the magnetic flux passes around the coil 50, and when a current is applied in the opposite direction to the coil 50, a magnetic field having a reverse flow is formed. .. For example, the magnetic flux from the upper yoke 31 and the lower yoke 33 toward the second yoke 40 along the direction of the central axis 11 passes through the magnetic disk 120 in the gap 80, and this magnetic flux is mainly in the second yoke 40. Proceed in the direction away from the central axis 11. Further, on the radial outer side of the second yoke 40, the process mainly proceeds from the bottom to the top along the direction of the central axis 11, that is, from the second yoke 40 to the outer yoke 32 side. On the upper side of the coil 50, this magnetic flux travels mainly from the outer yoke 32 side through the upper yoke 31 in the direction approaching the central axis 11, and from top to bottom in the region corresponding to the inside of the coil 50. , Proceeds in the upper yoke 31 and the lower yoke 33 of the first yoke, passes through the magnetic disk 120 again, and reaches the second yoke 40.

このような磁路において、外側ヨーク32と下側ヨーク33との間には、磁気ギャップが設けられ、封止部材60が配置されている。この磁気ギャップの近傍では、コイル50が発生する磁界の磁束が、下側ヨーク33から外側ヨーク32に向かって中心軸11に直交する径方向に沿って進行することが規制される。これによって、上側ヨーク31の下側又は下側ヨーク33を通る磁束は、確実に下向きに第2ヨーク40側へ進行し、また、外側ヨーク32内を通る磁束は、確実に上向きに、第2ヨーク40側から上側ヨーク31を通って第3ヨーク90側へ進行する。 In such a magnetic path, a magnetic gap is provided between the outer yoke 32 and the lower yoke 33, and the sealing member 60 is arranged. In the vicinity of this magnetic gap, the magnetic flux of the magnetic field generated by the coil 50 is restricted from traveling from the lower yoke 33 toward the outer yoke 32 along the radial direction orthogonal to the central axis 11. As a result, the magnetic flux passing through the lower side or the lower yoke 33 of the upper yoke 31 surely travels downward to the second yoke 40 side, and the magnetic flux passing through the outer yoke 32 surely goes up to the second yoke. It proceeds from the yoke 40 side through the upper yoke 31 to the third yoke 90 side.

次に、操作部100の構造について説明する。
図1に示すように、操作軸としてのシャフト部110は、中心軸11に平行な第1の方向D1に沿って延びる棒状材であり、第1の方向D1において上側(図1の上側)の軸部111と、軸部111の下部に設けられたフランジ部112とを有する。フランジ部112は、軸部111の外周面より外側に拡がる鍔状の形状を備える。フランジ部112の下面中央に設けた先端部113は下に行くほど先細となる形状を有する。
Next, the structure of the operation unit 100 will be described.
As shown in FIG. 1, the shaft portion 110 as the operation shaft is a rod-shaped member extending along the first direction D1 parallel to the central axis 11, and is on the upper side (upper side in FIG. 1) in the first direction D1. It has a shaft portion 111 and a flange portion 112 provided below the shaft portion 111. The flange portion 112 has a flange-like shape that extends outward from the outer peripheral surface of the shaft portion 111. The tip portion 113 provided at the center of the lower surface of the flange portion 112 has a shape that tapers toward the bottom.

図2に示すように、磁性ディスク120は、第1の方向D1に直交するように配置される円形平面を有する円板状をなし、磁性材料で構成される。磁性ディスク120はシャフト部110に対して固定される。 As shown in FIG. 2, the magnetic disk 120 has a disk shape having a circular plane arranged so as to be orthogonal to the first direction D1, and is made of a magnetic material. The magnetic disk 120 is fixed to the shaft portion 110.

図1に示すように、シャフト部110は、軸部111がラジアル軸受151によって回転自在に支持され、フランジ部112の下端の先端部113が磁性ディスク120の中央孔部121(図2参照)を通じて支持部材(ピボット支持部材)140でピボット支持される。ラジアル軸受151は、プッシャ152によって上方向に付勢されるように支持され、プッシャ152は、軸部111の外周面と上側ヨーク31の内周面との間において上下位置が維持されるように配置されたオーリング153によって支持されている。これによってラジアル軸受151は、上側ヨーク31に対して、密着性を維持しつつ、第1の方向D1の所定位置で支持される。軸部111の上部は第3ヨーク90の上方に露出されており、入力操作に必要な部材が結合される。 As shown in FIG. 1, in the shaft portion 110, the shaft portion 111 is rotatably supported by the radial bearing 151, and the tip portion 113 at the lower end of the flange portion 112 passes through the central hole portion 121 (see FIG. 2) of the magnetic disk 120. It is pivotally supported by a support member (pivot support member) 140. The radial bearing 151 is supported so as to be urged upward by the pusher 152, and the pusher 152 is maintained in the vertical position between the outer peripheral surface of the shaft portion 111 and the inner peripheral surface of the upper yoke 31. It is supported by an arranged O-ring 153. As a result, the radial bearing 151 is supported at a predetermined position in the first direction D1 while maintaining close contact with the upper yoke 31. The upper part of the shaft portion 111 is exposed above the third yoke 90, and a member necessary for the input operation is coupled.

コイル50に対して制御回路200から電流が印加されると、上述したような磁界が発生し、磁性ディスク120においては上下方向に沿った方向の磁束が通って、磁性ディスク120の内部では、径方向に沿った磁束は生じないか生じてもその磁束密度はわずかである。第2ヨーク40においては径方向に沿った磁力線が生じ、コイル50の外側においては、上下方向に沿った方向の磁力線が生じる。上側ヨーク31の上部や第3ヨーク90においては、第2ヨーク40における磁力線とは逆方向であって径方向に沿った方向の磁力線が生じる。 When a current is applied to the coil 50 from the control circuit 200, a magnetic field as described above is generated, magnetic flux in the vertical direction passes through the magnetic disk 120, and the diameter inside the magnetic disk 120. No magnetic flux is generated along the direction, or even if it is generated, its magnetic flux density is small. A magnetic field line along the radial direction is generated in the second yoke 40, and a magnetic field line in the vertical direction is generated outside the coil 50. At the upper portion of the upper yoke 31 and the third yoke 90, magnetic lines of force are generated in the direction opposite to the magnetic field lines of the second yoke 40 and along the radial direction.

磁気粘性流体160においては、印加磁界が生じていないときには、磁性粒子は溶媒内で分散している。したがって、シャフト部110に連結された操作部材(図示しない)を操作すると、操作部100は、大きな抵抗力を受けずに、保持部20に対して相対的に回転する。 In the ferrofluid 160, the magnetic particles are dispersed in the solvent when no applied magnetic field is generated. Therefore, when an operating member (not shown) connected to the shaft portion 110 is operated, the operating portion 100 rotates relative to the holding portion 20 without receiving a large resistance force.

磁界を発生させると、磁気粘性流体160には上下方向に沿った磁界が与えられる。この磁界により、磁気粘性流体160中で分散していた磁性粒子は磁力線に沿って集まり、上下方向に沿って並んだ磁性粒子が磁気的に互いに連結される。この状態において、中心軸11を中心とする方向にシャフト部110に連結された操作部材(図示しない)を回転させようとする力を与えると、連結された磁性粒子による抵抗力(トルク)がはたらくため、磁界を発生させていない状態と比べて操作者に抵抗力を感じさせることができる。 When a magnetic field is generated, a magnetic field is applied to the ferrofluid 160 along the vertical direction. Due to this magnetic field, the magnetic particles dispersed in the ferrofluid 160 are gathered along the lines of magnetic force, and the magnetic particles arranged in the vertical direction are magnetically connected to each other. In this state, when a force (not shown) for rotating the operating member (not shown) connected to the shaft portion 110 is applied in the direction centered on the central shaft 11, the resistance force (torque) due to the connected magnetic particles acts. Therefore, the operator can feel the resistance as compared with the state where the magnetic field is not generated.

<第2の構造例>
図4は、本発明の実施形態に係るトルク発生装置の第2の構造例を示す分解斜視図である。図1と図2に示す第1の構造例では、コイル部としての1つのコイル50によって、磁気粘性流体160に対して磁界を与えていたが、コイル部を構成するコイルの数や形状はこれに限定されない。例えば、図4に示すように、コイル部として、2つのコイル51、52を中心軸11に沿って積層して設けても良い。これにより、コイルごとに異なる制御を行うことができ、コイルが1つの場合では難しかった制御に基づいて磁気粘性流体160に与える磁界を制御することができる。
<Second structural example>
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a second structural example of the torque generator according to the embodiment of the present invention. In the first structural example shown in FIGS. 1 and 2, a magnetic field is applied to the ferrofluid 160 by one coil 50 as a coil portion, but the number and shape of the coils constituting the coil portion are this. Not limited to. For example, as shown in FIG. 4, two coils 51 and 52 may be laminated along the central axis 11 as the coil portion. As a result, different control can be performed for each coil, and the magnetic field applied to the ferrofluid 160 can be controlled based on the control that was difficult in the case of one coil.

<トルク制御>
図5〜図9を参照して、各実施形態に係るトルク発生装置におけるトルク制御について説明する。各実施形態においては、切り替え手段によって、コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替えることができる。図5〜図9に示す、電気抵抗等の各素子の物性値や設定は例示であり、本発明はこれに限定されない。
<Torque control>
The torque control in the torque generator according to each embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 9. In each embodiment, the upper limit value at which the magnetic field generated by the coil portion can be generated can be switched by the switching means. The physical property values and settings of each element such as electric resistance shown in FIGS. 5 to 9 are examples, and the present invention is not limited thereto.

<第1実施形態>
図5は第1実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。第1実施形態のトルク発生装置は、例えば図1と図2に示す第1の構造を有するとともに、図5に示す回路等を備える。
<First Embodiment>
FIG. 5 is a functional block diagram of the torque generator of the first embodiment. The torque generator of the first embodiment has, for example, the first structure shown in FIGS. 1 and 2, and includes the circuit shown in FIG. 5 and the like.

図5に示すように、コイル50(抵抗値:10オーム、Nターン)には、駆動回路D10(例えば、マキシム・インテグレーテッド社のフルブリッジDCモータードライバー、MAX14870)の2つの出力M1、M2がそれぞれ接続されている。これらのうちの一方の出力M1は、電流制限素子としての電気抵抗R11(抵抗値:50オーム)を介してコイル50に接続されている。この電気抵抗R11の両端は、切り替え手段(切り替え回路)としてのリレー回路S1(例えば、オムロン社のMOS FETリレー、G3VM−41GR8)の2つの出力端子OUT1、OUT2にそれぞれ接続されている。リレー回路S1は、例えば半導体リレー(ソリッドステートリレー)を用いると切り替えが高速に行えるため、操作者に切り替えを意識させることなく、コイル50による磁界が発生できる上限値の切り替えをスムーズに行うことができる。 As shown in FIG. 5, the coil 50 (resistance value: 10 ohms, N-turn) has two outputs M1 and M2 of the drive circuit D10 (for example, Maxim Integrated's full bridge DC motor driver, MAX14870). Each is connected. The output M1 of one of these is connected to the coil 50 via an electric resistance R11 (resistance value: 50 ohms) as a current limiting element. Both ends of the electric resistance R11 are connected to two output terminals OUT1 and OUT2 of a relay circuit S1 (for example, OMRON MOS FET relay, G3VM-41GR8) as a switching means (switching circuit), respectively. Since the relay circuit S1 can be switched at high speed by using, for example, a semiconductor relay (solid state relay), it is possible to smoothly switch the upper limit value at which the magnetic field can be generated by the coil 50 without making the operator aware of the switching. can.

リレー回路S1の入力端子(ANODE端子)には、回転角度検出手段210(図3)による検出結果により、制御回路200がエンドストップ状態であることを検出したときに出力されるエンドストップ信号(図3参照)として、出力信号A1(切り替え信号)が入力されており、CATHODE端子は電気抵抗R12(抵抗値330オーム)を介して接地されている。制御回路200(図3)から上記出力信号A1がANODE端子に入力されると、リレー回路S1はオフ状態からオン状態へ切り替わる。これにより、電流制限素子を通る経路から電流制限素子を通らないバイパス回路に切り替わる。出力信号A1は、操作部100の操作者に対して仮想的な壁に当たって停まったような操作感触を与えるために、検出した回転角度が、予め設定した所定角度に至ったことを検出したときに出力される。 An end stop signal (FIG. 3) is output to the input terminal (ANODE terminal) of the relay circuit S1 when it is detected that the control circuit 200 is in the end stop state based on the detection result by the rotation angle detecting means 210 (FIG. 3). The output signal A1 (switching signal) is input as (see 3), and the CATHODE terminal is grounded via the electric resistance R12 (resistance value 330 ohms). When the output signal A1 is input to the anode terminal from the control circuit 200 (FIG. 3), the relay circuit S1 switches from the off state to the on state. As a result, the path passing through the current limiting element is switched to the bypass circuit not passing through the current limiting element. When the output signal A1 detects that the detected rotation angle has reached a predetermined predetermined angle in order to give the operator of the operation unit 100 an operation feeling as if it hits a virtual wall and stops. Is output to.

駆動回路D10には、制御回路200からの信号として、パルス幅変調信号(以下PWM信号)C11がPWM端子に入力され、DIR信号C12がDIR端子に入力される。また、駆動回路D10には電源V1(電圧12V)が与えられている。PWM信号C11は、回転角度検出手段210による検出結果と、制御回路200の記憶部201に記憶された設定データとに基づいて算出されたトルクに対応するデューティー比を有する信号である。PWM信号C11においてパルス波のデューティー比が変化すると、駆動回路D10からの出力電流、すなわちコイル50への印加電流が増減する。このように制御回路200がPWM信号C11を制御することによって、コイル50への印加電流が制御され、そして、コイル50が発生する磁界が変化する。これにより、磁気粘性流体160中の磁性粒子の分散状態が変化するため、操作者がシャフト部110を回転させるときにはたらく抵抗力(トルク)を制御することができる。なお、制御回路200から出力され、駆動回路D10に入力されるDIR信号C12は、本実施形態においてはコイル50へ印加される電流の向きを変える制御信号である。本明細書では発生する磁界の向きを変更しないものとして、DIR信号について以下の説明では省略する。 In the drive circuit D10, a pulse width modulation signal (hereinafter, PWM signal) C11 is input to the PWM terminal as a signal from the control circuit 200, and a DIR signal C12 is input to the DIR terminal. Further, the drive circuit D10 is provided with a power supply V1 (voltage 12V). The PWM signal C11 is a signal having a duty ratio corresponding to the torque calculated based on the detection result by the rotation angle detecting means 210 and the setting data stored in the storage unit 201 of the control circuit 200. When the duty ratio of the pulse wave changes in the PWM signal C11, the output current from the drive circuit D10, that is, the current applied to the coil 50 increases or decreases. By controlling the PWM signal C11 by the control circuit 200 in this way, the current applied to the coil 50 is controlled, and the magnetic field generated by the coil 50 changes. As a result, the dispersed state of the magnetic particles in the ferrofluid 160 changes, so that the operator can control the resistance force (torque) that acts when the shaft portion 110 is rotated. The DIR signal C12 output from the control circuit 200 and input to the drive circuit D10 is a control signal that changes the direction of the current applied to the coil 50 in the present embodiment. In the present specification, the DIR signal is omitted in the following description, assuming that the direction of the generated magnetic field is not changed.

さらに、駆動回路D10からの出力は、リレー回路S1がオフ状態のときには、電流制限素子としての電気抵抗R11を経由してコイル50へ向かうのに対して、リレー回路S1に対してエンドストップ信号(出力信号A1)が入ってオン状態になったときには、電気抵抗R11を経ずにコイル50へ向かうように切り替わる。よって、リレー回路S1がオン状態かオフ状態かによって、駆動回路D10からコイル50への配線における電気抵抗値が異なり、流れる電流値が異なる。このため、操作部100がエンドストップ状態か否かによって、コイル50による磁界が発生できる上限値を切り替えることが可能となる。なお、第1実施形態においては、電流制限素子として電気抵抗R11を用いたが、駆動回路D10からコイル50へ流れる電流値を切り替えることができれば、電気抵抗以外の素子を用いても良い。 Further, when the relay circuit S1 is in the off state, the output from the drive circuit D10 goes to the coil 50 via the electric resistance R11 as a current limiting element, whereas the output from the relay circuit S1 is an end stop signal ( When the output signal A1) is input and turned on, the switching is made toward the coil 50 without passing through the electric resistance R11. Therefore, the electric resistance value in the wiring from the drive circuit D10 to the coil 50 differs depending on whether the relay circuit S1 is in the ON state or the OFF state, and the flowing current value differs. Therefore, it is possible to switch the upper limit value at which the magnetic field generated by the coil 50 can be generated depending on whether or not the operation unit 100 is in the end stop state. In the first embodiment, the electric resistance R11 is used as the current limiting element, but an element other than the electric resistance may be used as long as the current value flowing from the drive circuit D10 to the coil 50 can be switched.

より具体的には、まず、エンドストップ信号が入ったオン状態においては、コイル50に対して大きな電流を与えることによって、シャフト部110の回転に対して大きな抵抗力を与えることができる。これによって、シャフト部110の回転角度が所定角度に至ったときに、操作部100の操作者に対して仮想的な壁に当たって停まったような操作感触を与えることができる。 More specifically, first, in the on state where the end stop signal is input, a large resistance force can be given to the rotation of the shaft portion 110 by applying a large current to the coil 50. As a result, when the rotation angle of the shaft portion 110 reaches a predetermined angle, the operator of the operation unit 100 can be given an operation feeling as if it hits a virtual wall and stops.

これに対して、エンドストップ状態ではないオフ状態では、コイル50に対して、オン状態のときよりも小さな電流範囲で印加電流が増減する。これによって、コイル50による磁界が発生できる上限値が小さい範囲で、PWM信号の変化に応じて磁気粘性流体160において磁性粒子の分散状態を変化させることが可能となるため、シャフト部110の回転に対する抵抗力を細かく制御できるようになる。 On the other hand, in the off state, which is not the end stop state, the applied current increases or decreases with respect to the coil 50 in a smaller current range than in the on state. As a result, it is possible to change the dispersed state of the magnetic particles in the magnetic viscous fluid 160 according to the change of the PWM signal within the range where the upper limit value at which the magnetic field can be generated by the coil 50 is small. You will be able to finely control the resistance.

<第2実施形態>
図6は第2実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。第2実施形態のトルク発生装置は、例えば図4に示す第2の構造を有するとともに、図6に示す回路等を備える。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a functional block diagram of the torque generator of the second embodiment. The torque generator of the second embodiment has, for example, the second structure shown in FIG. 4, and includes the circuit shown in FIG. 6 and the like.

図6に示すように、コイル51(抵抗値:60オーム、Nーン)とコイル52(抵抗値12オーム、Nターン)は互いに並列な関係で、駆動回路D20の出力M1に接続されている。駆動回路D20のもう1つの出力M2は、コイル51に接続されるとともに、リレー回路S2の出力端子OUT2に接続されている。リレー回路S2のもう1つの出力端子OUT1には、コイル52が接続されている。 As shown in FIG. 6, the coil 51 (resistance value: 60 ohms, N-n) and the coil 52 (resistance value: 12 ohms, N-turn) are connected to the output M1 of the drive circuit D20 in a parallel relationship with each other. .. The other output M2 of the drive circuit D20 is connected to the coil 51 and also to the output terminal OUT2 of the relay circuit S2. A coil 52 is connected to the other output terminal OUT1 of the relay circuit S2.

リレー回路S2の入力端子(ANODE端子)には、図5に示す第1実施形態と同様に、エンドストップ信号(図3参照)として、出力信号A2(切り替え信号)が入力されており、CATHODE端子は電気抵抗R2(抵抗値330オーム)を介して接地されている。制御回路200(図3)から上記出力信号A2がANODE端子に入力されると、リレー回路S2はオフ状態からオン状態へ切り替わる。 An output signal A2 (switching signal) is input as an end stop signal (see FIG. 3) to the input terminal (ANODE terminal) of the relay circuit S2, as in the first embodiment shown in FIG. Is grounded via an electrical resistance R2 (resistance value 330 ohms). When the output signal A2 is input to the anode terminal from the control circuit 200 (FIG. 3), the relay circuit S2 switches from the off state to the on state.

駆動回路D20には、図5に示す第1実施形態と同様に、制御回路200からの信号として、パルス幅変調信号(以下PWM信号)C21がPWM端子に入力される。また、駆動回路D20には電源V2(電圧12V)が与えられている。PWM信号C21は、第1実施形態のPWM信号C11と同様のデューティー比を有する信号である。PWM信号C21においてパルス波のデューティー比が変化すると、駆動回路D20からの出力電流、すなわちコイル51、52側へ流れる電流が増減する。このように制御回路200がPWM信号C21を制御することによって、コイル51、52側へ流す電流が制御され、そして、コイル51、52のそれぞれで発生する磁界が変化する。これにより、磁気粘性流体160中の磁性粒子の分散状態が変化するため、操作者がシャフト部110を回転させるときにはたらく抵抗力(トルク)を制御することができる。 In the drive circuit D20, a pulse width modulation signal (hereinafter referred to as PWM signal) C21 is input to the PWM terminal as a signal from the control circuit 200, as in the first embodiment shown in FIG. Further, the drive circuit D20 is provided with a power supply V2 (voltage 12V). The PWM signal C21 is a signal having the same duty ratio as the PWM signal C11 of the first embodiment. When the duty ratio of the pulse wave changes in the PWM signal C21, the output current from the drive circuit D20, that is, the current flowing to the coils 51 and 52 side increases and decreases. By controlling the PWM signal C21 by the control circuit 200 in this way, the current flowing to the coils 51 and 52 is controlled, and the magnetic fields generated by the coils 51 and 52 change. As a result, the dispersed state of the magnetic particles in the ferrofluid 160 changes, so that the operator can control the resistance force (torque) that acts when the shaft portion 110 is rotated.

さらに、駆動回路D20からの出力は、リレー回路S2がオフ状態のときにはコイル51のみに与えられ、かつ、コイル52には与えられないのに対して、リレー回路S2に対してエンドストップ信号(出力信号A2)が入ってオン状態になったときには、2つのコイル51、52の両方に与えられるように切り替わる。言い換えれば、コイル51、52のうちの一部(コイル51)に通電する経路、又は、複数のコイル51、52のすべてに通電する経路を選択することができる。したがって、リレー回路S2がオン状態かオフ状態かによって、電流が印加されるコイルの数が異なる。このため、操作部100がエンドストップ状態か否かによって、磁気粘性流体160に印加される磁界の上限値を切り替えることが可能となる。 Further, the output from the drive circuit D20 is given only to the coil 51 and not to the coil 52 when the relay circuit S2 is in the off state, whereas the output is given to the relay circuit S2 as an end stop signal (output). When the signal A2) is input and turned on, the two coils 51 and 52 are switched so as to be given. In other words, a path for energizing a part of the coils 51 and 52 (coil 51) or a path for energizing all of the plurality of coils 51 and 52 can be selected. Therefore, the number of coils to which the current is applied differs depending on whether the relay circuit S2 is in the on state or the off state. Therefore, it is possible to switch the upper limit value of the magnetic field applied to the ferrofluid 160 depending on whether or not the operation unit 100 is in the end-stop state.

より具体的には、まず、エンドストップ信号が入ったオン状態においては、2つのコイル51、52の両方に電流を印加することによって、コイル51、52による磁界が同時に発生し、シャフト部110の回転に対して大きな抵抗力を与えることができる。これによって、シャフト部110の回転角度が所定角度に至ったときに、操作部100の操作者に対して仮想的な壁に当たって停まったような操作感触を与えることができる。 More specifically, first, in the on state where the end stop signal is input, by applying a current to both the two coils 51 and 52, a magnetic field due to the coils 51 and 52 is generated at the same time, and the shaft portion 110 It can give a large resistance to rotation. As a result, when the rotation angle of the shaft portion 110 reaches a predetermined angle, the operator of the operation unit 100 can be given an operation feeling as if it hits a virtual wall and stops.

これに対して、エンドストップ状態ではないオフ状態では、コイル51のみに電流を印加し、オン状態のときよりも小さな磁界が発生する。これによって、コイル50による磁界が発生できる上限値が小さい範囲で、PWM信号の変化に応じて磁気粘性流体160において磁性粒子の分散状態を変化させることが可能となるため、シャフト部110の回転に対する抵抗力を細かく制御できるようになる。
なお、その他の構成、作用、効果は第1実施形態と同様である。
On the other hand, in the off state, which is not the end stop state, a current is applied only to the coil 51, and a smaller magnetic field is generated than in the on state. As a result, it is possible to change the dispersed state of the magnetic particles in the magnetic viscous fluid 160 according to the change of the PWM signal within the range where the upper limit value at which the magnetic field can be generated by the coil 50 is small. You will be able to finely control the resistance.
The other configurations, actions, and effects are the same as those in the first embodiment.

<第3実施形態>
図7は第3実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。第3実施形態のトルク発生装置は、例えば図4に示す第2の構造を有するとともに、図7に示す回路等を備える。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a functional block diagram of the torque generator according to the third embodiment. The torque generator of the third embodiment has, for example, the second structure shown in FIG. 4, and includes the circuit shown in FIG. 7 and the like.

図7に示すように、駆動回路D30の出力M1には、コイル51(抵抗値:10オーム、Nターン)とコイル52(抵抗値:110オーム、Nターン)が直列になるように、順に接続されている。駆動回路D30のもう1つの出力M2は、コイル52に接続されるとともに、リレー回路S3の出力端子OUT1に接続されている。リレー回路S3のもう1つの出力端子OUT2は、コイル51とコイル52の接続点に接続されている。 As shown in FIG. 7, the coil 51 (resistance value: 10 ohms, N turns) and the coil 52 (resistance value: 110 ohms, N turns) are connected in order to the output M1 of the drive circuit D30 so as to be in series. Has been done. The other output M2 of the drive circuit D30 is connected to the coil 52 and also to the output terminal OUT1 of the relay circuit S3. The other output terminal OUT2 of the relay circuit S3 is connected to the connection point between the coil 51 and the coil 52.

リレー回路S3の入力端子(ANODE端子)には、図5に示す第1実施形態と同様に、エンドストップ信号(図3参照)として、出力信号A3(切り替え信号)が入力されており、CATHODE端子は電気抵抗R3(330オーム)を介して接地されている。制御回路200(図3)から上記出力信号A3がANODE端子に入力されると、リレー回路S3はオフ状態からオン状態へ切り替わる。 An output signal A3 (switching signal) is input as an end stop signal (see FIG. 3) to the input terminal (ANODE terminal) of the relay circuit S3, as in the first embodiment shown in FIG. Is grounded via an electrical resistance R3 (330 ohms). When the output signal A3 is input to the anode terminal from the control circuit 200 (FIG. 3), the relay circuit S3 switches from the off state to the on state.

駆動回路D30には、図5に示す第1実施形態と同様に、制御回路200からの信号として、パルス幅変調信号(以下PWM信号)C31がPWM端子に入力される。また、駆動回路D30には電源V3(電圧12V)が与えられている。PWM信号C31は、第1実施形態のPWM信号C11と同様のデューティー比を有する信号である。PWM信号C31においてパルス波のデューティー比が変化すると、駆動回路D30からの出力電流、すなわちコイル51、52側へ流れる電流が増減する。このように制御回路200がPWM信号C31を制御することによって、コイル51、52側へ流す電流が制御され、そして、コイル51、52のそれぞれで発生する磁界が変化する。これにより、磁気粘性流体160中の磁性粒子の分散状態が変化するため、操作者がシャフト部110を回転させるときにはたらく抵抗力(トルク)を制御することができる。 In the drive circuit D30, a pulse width modulation signal (hereinafter referred to as PWM signal) C31 is input to the PWM terminal as a signal from the control circuit 200, as in the first embodiment shown in FIG. Further, the drive circuit D30 is provided with a power supply V3 (voltage 12V). The PWM signal C31 is a signal having the same duty ratio as the PWM signal C11 of the first embodiment. When the duty ratio of the pulse wave changes in the PWM signal C31, the output current from the drive circuit D30, that is, the current flowing to the coils 51 and 52 side increases and decreases. By controlling the PWM signal C31 by the control circuit 200 in this way, the current flowing to the coils 51 and 52 is controlled, and the magnetic fields generated by the coils 51 and 52 change. As a result, the dispersed state of the magnetic particles in the ferrofluid 160 changes, so that the operator can control the resistance force (torque) that acts when the shaft portion 110 is rotated.

さらに、駆動回路D30からの出力は、エンドストップ信号が入ってリレー回路S3がオン状態のときにはコイル51のみに与えられてコイル52には与えられないのに対して、リレー回路S2がオフ状態になったときには、2つのコイル51、52の両方に与えられるように切り替わる。言い換えれば、コイル51、52のうちの一部(コイル51)に通電する経路、又は、複数のコイル51、52のすべてに通電する経路を選択することができる。したがって、リレー回路S2がオン状態かオフ状態かによって、電流が印加されるコイルの抵抗が異なり、電流値の上限が異なる。本実施形態においては、リレー回路S2がオン状態になったときに電流値の上限が大きくなり、磁気粘性流体160に印加される磁界の上限値が大きくなる。このため、操作部100がエンドストップ状態か否かによって、磁気粘性流体160に印加される磁界の上限値を切り替えることが可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果は第2実施形態と同様である。
Further, the output from the drive circuit D30 is given only to the coil 51 and not to the coil 52 when the end stop signal is input and the relay circuit S3 is in the on state, whereas the output from the relay circuit S2 is in the off state. When it becomes, it switches so that it is given to both of the two coils 51 and 52. In other words, a path for energizing a part of the coils 51 and 52 (coil 51) or a path for energizing all of the plurality of coils 51 and 52 can be selected. Therefore, the resistance of the coil to which the current is applied differs depending on whether the relay circuit S2 is in the ON state or the OFF state, and the upper limit of the current value differs. In the present embodiment, the upper limit of the current value becomes larger when the relay circuit S2 is turned on, and the upper limit of the magnetic field applied to the ferrofluid 160 becomes larger. Therefore, it is possible to switch the upper limit value of the magnetic field applied to the ferrofluid 160 depending on whether or not the operation unit 100 is in the end-stop state.
The other configurations, actions, and effects are the same as those in the second embodiment.

<第4実施形態>
図8は第4実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。第4実施形態のトルク発生装置は、例えば図1と図2に示す第1の構造を有するとともに、図8に示す回路等を備える。
<Fourth Embodiment>
FIG. 8 is a functional block diagram of the torque generator according to the fourth embodiment. The torque generator of the fourth embodiment has, for example, the first structure shown in FIGS. 1 and 2, and includes the circuit shown in FIG. 8 and the like.

図8に示すように、コイル50は駆動回路D40の2つの出力M1、M2に接続されている。駆動回路D40の電源入力端子VINには、リレー回路S4からの出力が接続されている。リレー回路S4には、スイッチング素子T4と、2つの電源V42(電圧2V)、V43(電圧12V)とが接続されている。 As shown in FIG. 8, the coil 50 is connected to the two outputs M1 and M2 of the drive circuit D40. The output from the relay circuit S4 is connected to the power input terminal VIN of the drive circuit D40. A switching element T4 and two power supplies V42 (voltage 2V) and V43 (voltage 12V) are connected to the relay circuit S4.

スイッチング素子T4は例えばNPN型のトランジスタであって、ベース端子には、電気抵抗R4を介して、制御回路200から出力されるエンドストップ信号としての出力信号A41(切り替え信号)が入力される。出力信号A41は、操作部100の操作者に対して仮想的な壁に当たって停まったような操作感触を与えるために、検出した回転角度が、予め設定した所定角度に至ったことを検出したときに出力される。 The switching element T4 is, for example, an NPN type transistor, and an output signal A41 (switching signal) as an end stop signal output from the control circuit 200 is input to the base terminal via the electric resistance R4. When the output signal A41 detects that the detected rotation angle has reached a predetermined predetermined angle in order to give the operator of the operation unit 100 an operation feeling as if it hits a virtual wall and stops. Is output to.

スイッチング素子T4のコレクタ端子には電源V41(電圧12V)が接続され、エミッタ端子はリレー回路S4に接続されている。この構成により、上記出力信号A41がスイッチング素子T4に入力されると、リレー回路S4に対してスイッチング信号A42(切り替え信号)が出力される。 A power supply V41 (voltage 12V) is connected to the collector terminal of the switching element T4, and the emitter terminal is connected to the relay circuit S4. With this configuration, when the output signal A41 is input to the switching element T4, the switching signal A42 (switching signal) is output to the relay circuit S4.

リレー回路S4においては、上記スイッチング信号A42が入力されることによってオフ状態からオン状態へ切り替わる。オフ状態においては、低電圧の電源V42(電源供給部)が駆動回路D40に接続され、オン状態においては、高電圧の電源V43(電源供給部)が駆動回路D40に接続されるように切り替えが行われる。すなわち、スイッチング信号A42(切り替え信号)によって、2つの電源V42、V43をそれぞれ備える2つの電源電圧回路から1つの電源電圧回路が選択される。 In the relay circuit S4, the off state is switched to the on state by inputting the switching signal A42. In the off state, the low voltage power supply V42 (power supply unit) is connected to the drive circuit D40, and in the on state, the high voltage power supply V43 (power supply unit) is connected to the drive circuit D40. Will be done. That is, one power supply voltage circuit is selected from the two power supply voltage circuits each including the two power supplies V42 and V43 by the switching signal A42 (switching signal).

駆動回路D40には、図5に示す第1実施形態と同様に、制御回路200からの信号として、パルス幅変調信号(以下PWM信号)C41がPWM端子に入力される。PWM信号C41は、第1実施形態のPWM信号C11と同様のデューティー比を有する信号であり、PWM信号C41においてパルス波のデューティー比が変化すると、駆動回路D40からの出力電流、すなわちコイル50に印加される電流が増減する。このように制御回路200がPWM信号C41を制御することによって、コイル50へ印加する電流が制御され、そして、コイル50で発生する磁界が変化する。これにより、磁気粘性流体160中の磁性粒子の分散状態が変化するため、操作者がシャフト部110を回転させるときにはたらく抵抗力(トルク)を制御することができる。 In the drive circuit D40, a pulse width modulation signal (hereinafter referred to as PWM signal) C41 is input to the PWM terminal as a signal from the control circuit 200, as in the first embodiment shown in FIG. The PWM signal C41 is a signal having the same duty ratio as the PWM signal C11 of the first embodiment, and when the duty ratio of the pulse wave changes in the PWM signal C41, it is applied to the output current from the drive circuit D40, that is, the coil 50. The current that is generated increases or decreases. By controlling the PWM signal C41 by the control circuit 200 in this way, the current applied to the coil 50 is controlled, and the magnetic field generated by the coil 50 changes. As a result, the dispersed state of the magnetic particles in the ferrofluid 160 changes, so that the operator can control the resistance force (torque) that acts when the shaft portion 110 is rotated.

さらに、駆動回路D40からの出力は、電源入力端子VINに接続される電源に対応して振幅が変化する。すなわち、リレー回路S4がオフ状態となって電源V42が接続されているときは振幅の小さな電流がコイル50へ出力され、リレー回路S4がオン状態となって電源V43に接続されているときは、オフ状態のときよりも振幅の大きな電流がコイル50へ出力される。したがって、リレー回路S4がオン状態かオフ状態かによって、コイル50に印加される電流が増減する。このため、操作部100がエンドストップ状態か否かによって、磁気粘性流体160に印加される磁界の上限値を切り替えることが可能となる。 Further, the amplitude of the output from the drive circuit D40 changes according to the power supply connected to the power supply input terminal VIN. That is, when the relay circuit S4 is in the off state and the power supply V42 is connected, a current having a small amplitude is output to the coil 50, and when the relay circuit S4 is in the on state and is connected to the power supply V43. A current having a larger amplitude than that in the off state is output to the coil 50. Therefore, the current applied to the coil 50 increases or decreases depending on whether the relay circuit S4 is in the on state or the off state. Therefore, it is possible to switch the upper limit value of the magnetic field applied to the ferrofluid 160 depending on whether or not the operation unit 100 is in the end-stop state.

より具体的には、まず、エンドストップ信号が入ったオン状態においては、振幅の大きな大電流を印加することによって、シャフト部110の回転に対して大きな抵抗力を与えることができる。これによって、シャフト部110の回転角度が所定角度に至ったときに、操作部100の操作者に対して仮想的な壁に当たって停まったような操作感触を与えることができる。 More specifically, first, in the on state where the end stop signal is input, a large resistance force can be given to the rotation of the shaft portion 110 by applying a large current having a large amplitude. As a result, when the rotation angle of the shaft portion 110 reaches a predetermined angle, the operator of the operation unit 100 can be given an operation feeling as if it hits a virtual wall and stops.

これに対して、エンドストップ状態ではないオフ状態では、オン状態のときよりも振幅の小さな小電流を印加し、オン状態のときよりも小さな磁界が発生する。これによって、コイル50による磁界が発生できる上限値が小さい範囲で、PWM信号の変化に応じて磁気粘性流体160において磁性粒子の分散状態を変化させることが可能となるため、シャフト部110の回転に対する抵抗力を細かく制御できるようになる。
なお、その他の構成、作用、効果は第1実施形態と同様である。
On the other hand, in the off state, which is not the end-stop state, a small current having a smaller amplitude than in the on state is applied, and a smaller magnetic field is generated than in the on state. As a result, it is possible to change the dispersed state of the magnetic particles in the magnetic viscous fluid 160 according to the change of the PWM signal within the range where the upper limit value at which the magnetic field can be generated by the coil 50 is small. You will be able to finely control the resistance.
The other configurations, actions, and effects are the same as those in the first embodiment.

<第5実施形態>
図9は第5実施形態のトルク発生装置における機能ブロック図である。第5実施形態のトルク発生装置は、例えば図4に示す第2の構造を有するとともに、図9に示す回路等を備える。このトルク発生装置における2つのコイル51、52は互いに抵抗値が異なっており、図9に示すように、コイル51の抵抗値(60オーム)はコイル52の抵抗値(10オーム)よりも大きくなっている。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a functional block diagram of the torque generator according to the fifth embodiment. The torque generator of the fifth embodiment has, for example, the second structure shown in FIG. 4, and includes the circuit shown in FIG. 9 and the like. The two coils 51 and 52 in this torque generator have different resistance values from each other, and as shown in FIG. 9, the resistance value of the coil 51 (60 ohms) is larger than the resistance value of the coil 52 (10 ohms). ing.

図9に示すように、一方のコイル51は、第1の駆動回路D51の2つの出力M1、M2に接続されている。この第1の駆動回路D51の電源入力端子VINには電源V51(電圧12V)が接続されている。 As shown in FIG. 9, one coil 51 is connected to two outputs M1 and M2 of the first drive circuit D51. A power supply V51 (voltage 12V) is connected to the power supply input terminal VIN of the first drive circuit D51.

他方のコイル52は、第2の駆動回路D52の2つの出力M1、M2に接続されている。この第2の駆動回路D52の電源入力端子VINには、上記電源V51と同じ電圧を供給する電源V52(電圧12V)が接続されている。 The other coil 52 is connected to the two outputs M1 and M2 of the second drive circuit D52. A power supply V52 (voltage 12V) that supplies the same voltage as the power supply V51 is connected to the power supply input terminal VIN of the second drive circuit D52.

第1の駆動回路D51には、図5に示す第1実施形態と同様に、制御回路200からの信号として、PWM信号(パルス幅変調信号)C51がPWM端子に入力される。PWM信号C51は、第1実施形態のPWM信号C11と同様のデューティー比を有する信号であり、PWM信号C51においてパルス波のデューティー比が変化すると、第1の駆動回路D51からの出力電流、すなわちコイル51に印加する電流が増減する。このように制御回路200がPWM信号C51を制御することによって、コイル51へ印加する電流が制御され、そして、コイル51で発生する磁界が変化する。 In the first drive circuit D51, a PWM signal (pulse width modulation signal) C51 is input to the PWM terminal as a signal from the control circuit 200, as in the first embodiment shown in FIG. The PWM signal C51 is a signal having the same duty ratio as the PWM signal C11 of the first embodiment, and when the duty ratio of the pulse wave changes in the PWM signal C51, the output current from the first drive circuit D51, that is, the coil. The current applied to 51 increases or decreases. By controlling the PWM signal C51 by the control circuit 200 in this way, the current applied to the coil 51 is controlled, and the magnetic field generated by the coil 51 changes.

第2の駆動回路D52にも、第1の駆動回路D51と同様に、制御回路200からの信号として、PWM信号(パルス幅変調信号)C61がPWM端子に入力される。これにより、制御回路200がPWM信号C61を制御することによって、コイル52へ印加する電流が制御され、そして、コイル52で発生する磁界が変化する。コイル52はコイル51よりも小さな抵抗値を有するため、より大きな電流が流れる。 Similarly to the first drive circuit D51, a PWM signal (pulse width modulation signal) C61 is input to the PWM terminal as a signal from the control circuit 200 in the second drive circuit D52. As a result, the control circuit 200 controls the PWM signal C61 to control the current applied to the coil 52, and the magnetic field generated by the coil 52 changes. Since the coil 52 has a smaller resistance value than the coil 51, a larger current flows.

制御回路200は、回転角度検出手段210による検出結果によりエンドストップ状態であるか否かを検出し、その検出結果に基づいて、切り替え手段として、2つの駆動回路D51、D52の一方に、パルス幅変調信号を与えるように切り替える。すなわち、エンドストップ状態でないときは、第1の駆動回路D51にPWM信号C51を与え、エンドストップ状態であるときは、第2の駆動回路D52にPWM信号C61を与える。コイル51、52は抵抗値が互いに異なるため、エンドストップ状態に基づいた切り替えによって、コイルによる磁界が発生できる上限値を切り替えることが可能となる。 The control circuit 200 detects whether or not it is in the end stop state based on the detection result of the rotation angle detecting means 210, and based on the detection result, the pulse width is set in one of the two drive circuits D51 and D52 as the switching means. Switch to give a modulated signal. That is, when it is not in the end-stop state, the PWM signal C51 is given to the first drive circuit D51, and when it is in the end-stop state, the PWM signal C61 is given to the second drive circuit D52. Since the resistance values of the coils 51 and 52 are different from each other, it is possible to switch the upper limit value at which the magnetic field generated by the coil can be generated by switching based on the end stop state.

より具体的には、まず、エンドストップ信号が入ったオン状態においては、コイル52に対して電流を与えることによって、シャフト部110の回転に対して大きな抵抗力を与えることができる。これによって、シャフト部110の回転角度が所定角度に至ったときに、操作部100の操作者に対して仮想的な壁に当たって停まったような操作感触を与えることができる。 More specifically, first, in the on state in which the end stop signal is input, a large resistance force can be given to the rotation of the shaft portion 110 by applying a current to the coil 52. As a result, when the rotation angle of the shaft portion 110 reaches a predetermined angle, the operator of the operation unit 100 can be given an operation feeling as if it hits a virtual wall and stops.

これに対して、エンドストップ状態ではないオフ状態では、コイル51に対して、オン状態のときよりも小さな電流が与えられる。これによって、コイル50による磁界が発生できる上限値が小さい範囲で、PWM信号の変化に応じて磁気粘性流体160において磁性粒子の分散状態を変化させることが可能となるため、シャフト部110の回転に対する抵抗力を細かく制御できるようになる。
なお、その他の構成、作用、効果は第1実施形態と同様である。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。
On the other hand, in the off state, which is not the end stop state, a smaller current is applied to the coil 51 than in the on state. As a result, it is possible to change the dispersed state of the magnetic particles in the magnetic viscous fluid 160 according to the change of the PWM signal within the range where the upper limit value at which the magnetic field can be generated by the coil 50 is small. You will be able to finely control the resistance.
The other configurations, actions, and effects are the same as those in the first embodiment.
Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be improved or modified within the purpose of improvement or the idea of the present invention.

以上のように、本発明に係るトルク発生装置は、トルクの大きさに対応した細かなトルク制御が可能な点で有用である。 As described above, the torque generator according to the present invention is useful in that fine torque control corresponding to the magnitude of torque is possible.

10 トルク発生装置
11 中心軸
20 保持部
31 上側ヨーク
32 外側ヨーク
33 下側ヨーク
40 第2ヨーク
41 上面
42 孔部
43 下面
50、51、52 コイル(磁界発生部)
60 封止部材
65 第1の環状部材
70 第2の環状部材
80 隙間
90 第3ヨーク
100 操作部
110 シャフト部(操作軸)
111 軸部(操作軸)
112 フランジ部
113 先端部
120 磁性ディスク
121 中央孔部
140 支持部材
141 保持具
151 ラジアル軸受
152 プッシャ
153 オーリング
160 磁気粘性流体
200 制御回路
201 記憶部
202 トルク算出部
210 回転角度検出手段
A1、A2、A3、A41 出力信号(切り替え信号)
A42 スイッチング信号(切り替え信号)
C11、C21、C31、C41、C51、C61 パルス幅変調信号(PWM信号)
D1 第1の方向
D2 第2の方向
D10、D20、D30、D40、D51、D52 駆動回路
R11 電気抵抗(電流制限素子)
S1、S2、S3、S4 リレー回路
10 Torque generator 11 Central shaft 20 Holding part 31 Upper yoke 32 Outer yoke 33 Lower yoke 40 Second yoke 41 Upper surface 42 Hole 43 Lower surface 50, 51, 52 Coil (magnetic field generator)
60 Sealing member 65 First annular member 70 Second annular member 80 Gap 90 Third yoke 100 Operation part 110 Shaft part (operation shaft)
111 Shaft (operation shaft)
112 Flange 113 Tip 120 Magnetic disk 121 Central hole 140 Support member 141 Holder 151 Radial bearing 152 Pusher 153 O-ring 160 Ferrofluid 200 Control circuit 201 Storage 202 Torque calculation unit 210 Rotation angle detection means A1, A2, A3, A41 output signal (switching signal)
A42 switching signal (switching signal)
C11, C21, C31, C41, C51, C61 Pulse width modulation signal (PWM signal)
D1 1st direction D2 2nd direction D10, D20, D30, D40, D51, D52 Drive circuit R11 Electrical resistance (current limiting element)
S1, S2, S3, S4 relay circuit

Claims (6)

印加された磁界に応じて粘度が変化する磁気粘性流体と、
通電により、前記磁気粘性流体に印加する磁界を発生するコイル部と、
前記磁気粘性流体の粘度によってトルクが変化する操作部と、
前記コイル部への通電を制御する制御部と、
前記コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替えられる切り替え手段とを備え
前記コイル部を固定配置するハウジングと、
前記ハウジングに回転操作可能に軸支された、前記操作部としての軸部と、
前記軸部に固定されて一体に回転可能に設けられた可動部材と、
前記軸部の回転を検出する回転角度検出手段とを備え、
前記制御部は、
前記軸部の回転角度に応じて、前記軸部に与えるトルクを変化させる設定データを記憶する記憶部と、
前記回転角度検出手段による検出結果、及び、前記設定データに基づいて、前記軸部に与えるトルクを算出するトルク算出部と、を有し、
前記トルク算出部で算出された前記軸部に与えるトルクの大きさに応じて、前記切り替え手段を制御するとともに前記コイル部に通電する電流値を制御することを特徴とするトルク発生装置。
A ferrofluid whose viscosity changes according to the applied magnetic field,
A coil portion that generates a magnetic field applied to the ferrofluid when energized,
An operation unit whose torque changes depending on the viscosity of the ferrofluid,
A control unit that controls energization of the coil unit and
A switching means for switching the upper limit value at which a magnetic field can be generated by the coil portion is provided .
A housing in which the coil portion is fixedly arranged and
A shaft portion as the operation portion, which is pivotally supported by the housing so as to be rotatable,
A movable member fixed to the shaft portion and integrally rotatably provided,
A rotation angle detecting means for detecting the rotation of the shaft portion is provided.
The control unit
A storage unit that stores setting data that changes the torque applied to the shaft unit according to the rotation angle of the shaft unit.
It has a detection result by the rotation angle detecting means and a torque calculation unit that calculates a torque applied to the shaft portion based on the setting data.
A torque generator characterized in that the switching means is controlled and the current value for energizing the coil portion is controlled according to the magnitude of the torque applied to the shaft portion calculated by the torque calculation unit.
印加された磁界に応じて粘度が変化する磁気粘性流体と、
通電により、前記磁気粘性流体に印加する磁界を発生するコイル部と、
前記磁気粘性流体の粘度によってトルクが変化する操作部と、
前記コイル部への通電を制御する制御部と、
前記コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替えられる切り替え手段とを備え、
前記切り替え手段は、前記コイル部へ通電する電流範囲を切り替えることによって、前記コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替える切り替え回路を備え、
前記切り替え回路は、前記制御部からの切り替え信号によって制御されることを特徴とするトルク発生装置
A ferrofluid whose viscosity changes according to the applied magnetic field,
A coil portion that generates a magnetic field applied to the ferrofluid when energized,
An operation unit whose torque changes depending on the viscosity of the ferrofluid,
A control unit that controls energization of the coil unit and
A switching means for switching the upper limit value at which a magnetic field can be generated by the coil portion is provided.
The switching means includes a switching circuit for switching an upper limit value at which a magnetic field can be generated by the coil portion by switching the current range for energizing the coil portion.
The torque generating device is characterized in that the switching circuit is controlled by a switching signal from the control unit.
前記切り替え手段は、前記コイル部に直列に接続された電流制限素子を備え、
前記切り替え回路は、前記制御部からの切り替え信号によって、前記電流制限素子を通る経路、又は、前記電流制限素子を通らない回路のいずれか一方を選択するように制御される請求項2に記載のトルク発生装置。
The switching means includes a current limiting element connected in series with the coil portion.
The second aspect of the present invention, wherein the switching circuit is controlled by a switching signal from the control unit to select either a path passing through the current limiting element or a circuit not passing through the current limiting element. Torque generator.
印加された磁界に応じて粘度が変化する磁気粘性流体と、
通電により、前記磁気粘性流体に印加する磁界を発生するコイル部と、
前記磁気粘性流体の粘度によってトルクが変化する操作部と、
前記コイル部への通電を制御する制御部と、
前記コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替えられる切り替え手段とを備え、
前記コイル部は複数のコイルからなり、
前記切り替え手段は、前記制御部からの切り替え信号によって、前記複数のコイルのうちの一部に通電する経路、又は、前記複数のコイルのうちの他部若しくは前記複数のコイルのすべてに通電する経路のいずれか一方を選択するように制御されることを特徴とするトルク発生装置
A ferrofluid whose viscosity changes according to the applied magnetic field,
A coil portion that generates a magnetic field applied to the ferrofluid when energized,
An operation unit whose torque changes depending on the viscosity of the ferrofluid,
A control unit that controls energization of the coil unit and
A switching means for switching the upper limit value at which a magnetic field can be generated by the coil portion is provided.
The coil part is composed of a plurality of coils.
The switching means energizes a part of the plurality of coils by a switching signal from the control unit, or a path that energizes another part of the plurality of coils or all of the plurality of coils. A torque generator characterized in that it is controlled to select one of the two.
印加された磁界に応じて粘度が変化する磁気粘性流体と、
通電により、前記磁気粘性流体に印加する磁界を発生するコイル部と、
前記磁気粘性流体の粘度によってトルクが変化する操作部と、
前記コイル部への通電を制御する制御部と、
前記コイル部による磁界が発生できる上限値を切り替えられる切り替え手段とを備え、
前記切り替え手段は、前記コイル部に接続された駆動回路と、複数の異なる電源電圧回路とを備え、前記制御部からの切り替え信号によって、前記駆動回路に電源を供給する電源供給部として、前記複数の電源電圧回路から1つの電源電圧回路を選択するように制御されることを特徴とするトルク発生装置
A ferrofluid whose viscosity changes according to the applied magnetic field,
A coil portion that generates a magnetic field applied to the ferrofluid when energized,
An operation unit whose torque changes depending on the viscosity of the ferrofluid,
A control unit that controls energization of the coil unit and
A switching means for switching the upper limit value at which a magnetic field can be generated by the coil portion is provided.
The switching means includes a drive circuit connected to the coil unit and a plurality of different power supply voltage circuits, and the plurality of switching means are provided as a power supply unit that supplies power to the drive circuit by a switching signal from the control unit. A torque generator characterized in that it is controlled to select one power supply voltage circuit from the power supply voltage circuits of the above.
前記コイル部を固定配置するハウジングと、
前記ハウジングに回転操作可能に軸支された、前記操作部としての軸部と、
前記軸部に固定されて一体に回転可能に設けられた可動部材と、
前記軸部の回転を検出する回転角度検出手段とを備え、
前記制御部は、
前記軸部の回転角度に応じて、前記軸部に与えるトルクを変化させる設定データを記憶する記憶部と、
前記回転角度検出手段による検出結果、及び、前記設定データに基づいて、前記軸部に与えるトルクを算出するトルク算出部と、を有し、
前記トルク算出部で算出された前記軸部に与えるトルクの大きさに応じて、前記切り替え手段を制御するとともに前記コイル部に通電する電流値を制御する請求項2から請求項5のいずれかに記載のトルク発生装置。

A housing in which the coil portion is fixedly arranged and
A shaft portion as the operation portion, which is pivotally supported by the housing so as to be rotatable,
A movable member fixed to the shaft portion and integrally rotatably provided,
A rotation angle detecting means for detecting the rotation of the shaft portion is provided.
The control unit
A storage unit that stores setting data that changes the torque applied to the shaft unit according to the rotation angle of the shaft unit.
It has a detection result by the rotation angle detecting means and a torque calculation unit that calculates a torque applied to the shaft portion based on the setting data.
2. The torque generator described.

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