JP7660381B2 - Magnetorheological Fluid Device - Google Patents
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Description
本発明は、相対回転可能な部材間に磁気粘性流体が介在し、その磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで当該部材間で伝達されるトルクを変えることができる磁気粘性流体装置に関する。 The present invention relates to a magnetorheological fluid device in which a magnetorheological fluid is interposed between relatively rotatable members, and the torque transmitted between the members can be changed by changing the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid.
この種の磁気粘性流体装置は、例えば特許文献1に開示されている。同文献の図14に開示された磁気粘性流体装置(同文献では「回転抵抗発生部(104)」と称している。)は、相対回転可能な円板(128)とヨーク(129),(130)とを備え、これらの間に介在する磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、円板(128)とヨーク(129),(130)との間で伝達されるトルクを変えることができる。同文献に開示された磁気粘性流体装置(104)は、持ち運び可能な把持体(100)に内蔵されている。磁気粘性流体装置(104)のコイル(131)には、ユーザの腰に装着される給電ユニット(200)内のバッテリー(201)から電流が供給される。 This type of magnetorheological fluid device is disclosed in, for example, Patent Document 1. The magnetorheological fluid device disclosed in FIG. 14 of the document (referred to as "rotational resistance generating unit (104)" in the document) comprises a relatively rotatable disk (128) and yokes (129), (130), and the torque transmitted between the disk (128) and the yokes (129), (130) can be changed by changing the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid interposed between them. The magnetorheological fluid device (104) disclosed in the document is built into a portable grip (100). A current is supplied to the coil (131) of the magnetorheological fluid device (104) from a battery (201) in a power supply unit (200) worn on the user's waist.
近年、持ち運び可能な電子機器や、体の一部に装着可能な電子機器の多くが、定格電圧約3.7Vのリチウムイオンバッテリーを使用している。リチウムイオンバッテリーは、現在普及している二次電池の中で最もエネルギー密度が高く、機器の小型化、軽量化のために最適なバッテリーであるといえる。持ち運び可能な機器や体の一部に装着される機器に内蔵される磁気粘性流体装置においても、駆動用バッテリーとしてリチウムイオンバッテリーを使用することが望ましい。 In recent years, many portable electronic devices and electronic devices that can be worn on a part of the body use lithium-ion batteries with a rated voltage of approximately 3.7 V. Lithium-ion batteries have the highest energy density of all the secondary batteries currently in widespread use, and can be said to be the ideal battery for making devices smaller and lighter. It is also desirable to use lithium-ion batteries as the driving battery for magnetorheological fluid devices built into portable devices and devices that can be worn on a part of the body.
ところで、磁気粘性流体装置において生じる相対回転可能な部材間での伝達トルク(以下、単に「伝達トルク」ともいう。)は、磁気回路の起磁力に応じて変化する。起磁力は、コイルの巻数[T]とコイルを流れる電流[A]の積で表される。故に、磁気粘性流体装置におけるコイルの仕様(電気抵抗および巻数)が予め決まっている場合、伝達トルクの最大値は、主にバッテリーの定格電圧に依存する。 Incidentally, the transmission torque (hereinafter simply referred to as "transmission torque") generated between relatively rotatable members in a magnetorheological fluid device changes according to the magnetomotive force of the magnetic circuit. The magnetomotive force is expressed as the product of the number of turns of the coil [T] and the current flowing through the coil [A]. Therefore, when the specifications of the coil in a magnetorheological fluid device (electrical resistance and number of turns) are predetermined, the maximum value of the transmission torque depends mainly on the rated voltage of the battery.
「伝達トルク」の最大値を大きくするためには、例えば、複数のリチウムイオンバッテリーを直列接続したバッテリーパックや、リチウムイオンバッテリーよりも定格電圧の高い他の種類のバッテリーを使用すればよい。しかし、そのようなバッテリーは、比較的大型で重量も大きいため、持ち運びする機器や体の一部に装着する機器に内蔵される磁気粘性流体装置に使用するバッテリーには向いていない。 In order to increase the maximum value of the "transmission torque," for example, a battery pack consisting of multiple lithium-ion batteries connected in series, or another type of battery with a higher rated voltage than a lithium-ion battery, can be used. However, such batteries are relatively large and heavy, and therefore are not suitable for use in magnetorheological fluid devices built into portable equipment or equipment worn on a part of the body.
また、昇圧回路を設ければ、定格電圧の高いバッテリーに変更することなく、磁気粘性流体装置のコイルに印加する電圧を高めることが可能である。しかし、昇圧回路を設けた場合、部品点数が増加し、エネルギー損失が生じる点で問題がある。 Furthermore, by providing a boost circuit, it is possible to increase the voltage applied to the coil of the magnetorheological fluid device without changing to a battery with a higher rated voltage. However, providing a boost circuit increases the number of parts and causes energy loss, which is problematic.
本発明は、上述の課題に鑑みて創案されたものであり、コイルの巻数および断面積ならびにバッテリーの定格電圧を変更することなく、相対回転可能な部材間での伝達トルクの最大値を高めることができる磁気粘性流体装置を提供することを目的とする。 The present invention was devised in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a magnetorheological fluid device that can increase the maximum torque transmitted between relatively rotatable members without changing the number of turns and cross-sectional area of the coil or the rated voltage of the battery.
本発明の第1態様に係る磁気粘性流体装置は、軸線回りに相対回転可能に設けられた第1部および第2部と、前記第1部と前記第2部との間に介在する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に印加する磁場を発生する電磁石と、を備えるものを前提とし、前記電磁石を構成するコイルは、並列接続された複数本のコイル線が整列に巻かれたものである。 The magnetorheological fluid device according to the first aspect of the present invention is based on the premise that it comprises a first part and a second part that are arranged to be rotatable relative to one another around an axis, a magnetorheological fluid interposed between the first part and the second part, and an electromagnet that generates a magnetic field to be applied to the magnetorheological fluid, and the coil that constitutes the electromagnet is made up of multiple coil wires connected in parallel and wound in an aligned fashion.
本発明の第2態様に係る磁気粘性流体装置は、軸線回りに相対回転可能に設けられた第1部および第2部と、前記第1部と前記第2部との間に介在する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に印加する磁場を発生する電磁石と、を備えるものを前提とし、前記電磁石を構成するコイルは、複数本のコイル線が整列に巻かれたものであり、前記複数本のコイル線の接続状態を並列接続と直列接続との間で切り替える切替制御部を備える。 The magnetorheological fluid device according to the second aspect of the present invention is based on the premise that it comprises a first part and a second part that are arranged to be rotatable relative to one another around an axis, a magnetorheological fluid interposed between the first part and the second part, and an electromagnet that generates a magnetic field to be applied to the magnetorheological fluid, and the coil that constitutes the electromagnet is made of multiple coil wires wound in an aligned manner, and the device comprises a switching control unit that switches the connection state of the multiple coil wires between a parallel connection and a series connection.
本発明の第3態様に係る磁気粘性流体装置は、第2態様に係る磁気粘性流体装置において、要求される出力に応じて、前記コイルに印加する電圧を制御する電圧制御部と、
前記電圧制御部に電源を供給するバッテリーと、を備える。前記切替制御部は、要求される出力が、所定の閾値出力を超える場合、前記複数本のコイル線の接続状態を並列接続にし、要求される出力が、前記所定の閾値出力を超えない場合、前記複数本のコイル線の接続状態を直列接続にするものである。前記所定の閾値出力は、前記複数本のコイル線の接続状態が直列接続であり且つ前記コイルに印加される電圧が前記バッテリーの定格電圧のときに発生される出力、または該出力より小さいものである。
A magnetorheological fluid device according to a third aspect of the present invention is the magnetorheological fluid device according to the second aspect, further comprising: a voltage control unit that controls a voltage applied to the coil in accordance with a required output;
and a battery that supplies power to the voltage control unit. The switching control unit changes the connection state of the multiple coil wires to a parallel connection when the required output exceeds a predetermined threshold output, and changes the connection state of the multiple coil wires to a series connection when the required output does not exceed the predetermined threshold output. The predetermined threshold output is an output generated when the connection state of the multiple coil wires is a series connection and the voltage applied to the coil is the rated voltage of the battery, or is smaller than that output.
本発明に係る磁気粘性流体装置よれば、コイルの巻数および断面積ならびにバッテリーの定格電圧を変更することなく、相対回転可能な部材間での伝達トルクの最大値(最大出力)を高めることができる。例えば、定格電圧約3.7Vのリチウムイオンバッテリーでは、磁気粘性流体装置の本来の最大出力を発生することができない場合に、本発明を適用することで、磁気粘性流体装置の本来の最大出力を発生させることができる。 The magnetorheological fluid device of the present invention can increase the maximum torque (maximum output) transmitted between relatively rotatable members without changing the number of turns and cross-sectional area of the coil or the rated voltage of the battery. For example, in a case where a lithium-ion battery with a rated voltage of approximately 3.7 V is unable to generate the original maximum output of the magnetorheological fluid device, applying the present invention makes it possible to generate the original maximum output of the magnetorheological fluid device.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1の実施の形態に係る磁気粘性流体装置について、図面を参照しつつ説明する。図1に例示する磁気粘性流体装置1は、装置本体Aおよび給電ユニットBを備えている。
First Embodiment
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetorheological fluid device according to a first embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. A magnetorheological fluid device 1 shown in FIG.
装置本体Aは、軸線N回りに相対回転可能に設けられた第1部および第2部で構成される。装置本体Aは、円板2、ヨーク3,4、コイル5、磁気粘性流体6、ケース7および回転軸8を備えている。第1部には、円板2および回転軸8が含まれる。第2部には、ヨーク3,4、コイル5およびケース7が含まれる。 The device body A is composed of a first part and a second part that are arranged to be relatively rotatable around an axis N. The device body A includes a disk 2, yokes 3 and 4, a coil 5, a magnetorheological fluid 6, a case 7, and a rotating shaft 8. The first part includes the disk 2 and the rotating shaft 8. The second part includes the yokes 3 and 4, the coil 5, and the case 7.
円板2は、第2部に対して軸線N回りに相対的に回転する。円板2の裏面2bの中心部には、回転軸8が垂直に接続されている。回転軸8は、円板2とともに、第2部に対して軸線N回りに相対的に回転する。回転軸8は、ベアリング10を介してヨーク4に設けられた軸穴11に支持されている。円板2は磁性体を用いて構成され、回転軸8は、非磁性体を用いて構成されていることが望ましい。 The disk 2 rotates around the axis N relative to the second part. A rotating shaft 8 is connected vertically to the center of the back surface 2b of the disk 2. The rotating shaft 8 rotates around the axis N relative to the second part together with the disk 2. The rotating shaft 8 is supported in a shaft hole 11 provided in the yoke 4 via a bearing 10. It is preferable that the disk 2 is made of a magnetic material and the rotating shaft 8 is made of a non-magnetic material.
ヨークは、第1ヨーク3および第2ヨーク4で構成されている。第1ヨーク3は、円板2の表面2aに対して微小隙間を介して対向する対向面を有している。第1ヨーク3は、円板状の部材で構成されている。この第1ヨーク3は、円筒状のケース7に嵌め込まれて固定されている。 The yoke is composed of a first yoke 3 and a second yoke 4. The first yoke 3 has an opposing surface that faces the surface 2a of the disk 2 with a small gap between them. The first yoke 3 is composed of a disk-shaped member. This first yoke 3 is fitted and fixed in the cylindrical case 7.
第2ヨーク4は、円板2の裏面2bに対して微小隙間を介して対向する対向面4aを有する。この第2ヨーク4も円筒状のケース7の内側に嵌め込まれて固定されている。 The second yoke 4 has an opposing surface 4a that faces the rear surface 2b of the disk 2 with a small gap between them. This second yoke 4 is also fitted and fixed inside the cylindrical case 7.
第1ヨーク3の中心部に形成された凹部と、回転軸8の端面の中心に形成された凹部とで形成されるスペースに非磁性体からなる球体12が収容されている。 A sphere 12 made of a non-magnetic material is housed in the space formed by a recess formed in the center of the first yoke 3 and a recess formed in the center of the end face of the rotating shaft 8.
コイル5は、第2ヨーク4に形成された環状の溝に配設されている。コイル5は、第1ヨーク3および第2ヨーク4とともに電磁石13を構成している。本実施形態におけるコイル5は、互いに並列接続された複数本(本実施形態では2本)のコイル線が整列、かつ、並列に巻かれたものである。別の言い方をすれば、本実施形態におけるコイル5は、2本のコイル線が「バイファイラ巻き」されたものである。 The coil 5 is disposed in an annular groove formed in the second yoke 4. The coil 5, together with the first yoke 3 and the second yoke 4, constitutes an electromagnet 13. The coil 5 in this embodiment is formed by arranging and winding multiple coil wires (two in this embodiment) connected in parallel to each other. In other words, the coil 5 in this embodiment is formed by "bifilar winding" two coil wires.
磁気粘性流体6は、円板2と、第1ヨーク3および第2ヨーク4との隙間に封入されている。この磁気粘性流体6は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体である。磁性粒子として、例えばナノサイズの金属粒子(金属ナノ粒子)からなるものを使用することができる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば3~40vol%とすることができる。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。 The magnetorheological fluid 6 is sealed in the gap between the disk 2 and the first and second yokes 3 and 4. The magnetorheological fluid 6 is a liquid in which magnetic particles are dispersed in a dispersion medium. The magnetic particles may be, for example, nano-sized metal particles (metal nanoparticles). The magnetic particles are made of a magnetizable metal material, and although there is no particular restriction on the metal material, soft magnetic materials are preferred. Examples of soft magnetic materials include alloys such as iron, cobalt, nickel, and permalloy. The dispersion medium is not particularly limited, but one example is hydrophobic silicone oil. The amount of magnetic particles in the magnetorheological fluid may be, for example, 3 to 40 vol%. Various additives may also be added to the magnetorheological fluid to obtain various desired characteristics.
上記構成を備える装置本体Aにおいて、コイル5に電流が流れると、例えば図1に示す矢印Pが示す方向に沿って円板2、第1ヨーク3、第2ヨーク4内に磁路が形成される。この磁路は、円板2の表面2aと第1ヨーク3との隙間に介在する磁気粘性流体6、および、円板2の裏面2bと第2ヨーク4との隙間に介在する磁気粘性流体6を貫通する。これにより、磁気粘性流体6には、磁場の強さに応じた粘度(ずり応力)が発現し、円板2とヨーク3,4との間で伝達されるトルクが磁場の強さに応じて大きくなる。 When a current flows through the coil 5 in the device main body A having the above configuration, a magnetic path is formed in the disk 2, first yoke 3, and second yoke 4, for example along the direction indicated by the arrow P in FIG. 1. This magnetic path penetrates the magnetorheological fluid 6 present in the gap between the front surface 2a of the disk 2 and the first yoke 3, and the magnetorheological fluid 6 present in the gap between the back surface 2b of the disk 2 and the second yoke 4. As a result, the magnetorheological fluid 6 develops a viscosity (shear stress) that corresponds to the strength of the magnetic field, and the torque transmitted between the disk 2 and the yokes 3 and 4 increases in accordance with the strength of the magnetic field.
次に、給電ユニットBについて説明する。給電ユニットBは、コイル5に所望の電流値の電流を供給する。給電ユニットBは、例えば、操作者の体の一部に装着可能なポータブル型のものである。給電ユニットBは、図1に示すように、バッテリー20および電圧制御部21を備えている。 Next, the power supply unit B will be described. The power supply unit B supplies a current of a desired current value to the coil 5. The power supply unit B is, for example, a portable unit that can be attached to a part of the operator's body. As shown in FIG. 1, the power supply unit B includes a battery 20 and a voltage control unit 21.
電圧制御部21は、所定の入力情報(要求される出力)に応じて、コイル5に印加する電圧を制御する。バッテリー20は、電圧制御部21に電源を供給する。 The voltage control unit 21 controls the voltage applied to the coil 5 according to predetermined input information (required output). The battery 20 supplies power to the voltage control unit 21.
本実施形態に係る磁気粘性流体装置1によれば、コイル5が、並列接続された複数本のコイル線が整列に巻かれたもので構成されているので、コイル5の巻数および断面積ならびにバッテリー20の定格電圧を変更することなく、コイル5を1本のコイル線で構成した場合と比較して、円板2とヨーク3,4との間での伝達トルクの最大値(最大出力)を高めることができる。 In the magnetorheological fluid device 1 according to this embodiment, the coil 5 is made up of multiple parallel-connected coil wires wound in an orderly fashion, so that the maximum value (maximum output) of the torque transmitted between the disc 2 and the yokes 3 and 4 can be increased without changing the number of turns and cross-sectional area of the coil 5 or the rated voltage of the battery 20, compared to when the coil 5 is made up of a single coil wire.
例えば図2(a)に示すように、コイルとして線径D、長さL、電気抵抗20[Ω]、巻数500[T]のコイル線(以下「第1コイル線」ともいう。)を1本用い、3.7[V]の電圧を印加した場合、起磁力Fmは、3.7[V]/20[Ω]×500[T]=92.5[AT]となる。これに対し、例えば図2(b)に示すように、コイルとして「第1コイル線」の半分の長さのものを2本用いた場合、すなわち、線径D、長さL/2、電気抵抗10[Ω]、巻数250[T]のコイル線2本を並列接続して、3.7[V]の電圧を印加した場合、起磁力Fmは、3.7[V]/10[Ω]×250[T]×2=185[AT]となる。 For example, as shown in FIG. 2(a), when a coil wire (hereinafter also referred to as the "first coil wire") with a wire diameter D, length L, electrical resistance 20 [Ω], and number of turns 500 [T] is used as a coil and a voltage of 3.7 [V] is applied, the magnetomotive force Fm is 3.7 [V]/20 [Ω] x 500 [T] = 92.5 [AT]. In contrast, when two coils with half the length of the "first coil wire" are used as coils as shown in FIG. 2(b), that is, when two coil wires with a wire diameter D, length L/2, electrical resistance 10 [Ω], and number of turns 250 [T] are connected in parallel and a voltage of 3.7 [V] is applied, the magnetomotive force Fm is 3.7 [V]/10 [Ω] x 250 [T] x 2 = 185 [AT].
このように、本実施形態に係る磁気粘性流体装置1によれば、コイル5の巻数および断面積ならびにバッテリー20の定格電圧を変更することなく、起磁力Fmを高めることができる。そして、起磁力Fmが高いほど、磁気粘性流体6に印加される磁場が強くなることから、円板2とヨーク3,4との間での伝達トルク(出力)を高めることができる。 In this way, the magneto-rheological fluid device 1 according to this embodiment can increase the magnetomotive force Fm without changing the number of turns and cross-sectional area of the coil 5 or the rated voltage of the battery 20. The higher the magnetomotive force Fm, the stronger the magnetic field applied to the magneto-rheological fluid 6, and therefore the transmission torque (output) between the disk 2 and the yokes 3 and 4 can be increased.
<第2実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について図3を参照しながら説明する。第2の実施形態に係る磁気粘性流体装置1Aは、第1の実施形態に係る磁気粘性流体装置1において、電磁石13を構成するコイル5が、複数本(本実施形態では2本)のコイル線が整列に巻かれてなるものであって、給電ユニットBA内に、制御部30と、バッテリー20とを備えるものである。制御部30は、既述した電圧制御部21と切替制御部22を含んでいる。以下、第1の実施形態との相違点について説明し、第1実施形態と同様の構成については図面において第1実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 3. In the magnetorheological fluid device 1A according to the second embodiment, the coil 5 constituting the electromagnet 13 in the magnetorheological fluid device 1 according to the first embodiment is formed by winding a plurality of coil wires (two in this embodiment) in an aligned manner, and a control unit 30 and a battery 20 are provided in a power supply unit BA. The control unit 30 includes the voltage control unit 21 and the switching control unit 22 described above. Below, differences from the first embodiment will be described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals in the drawings and will not be described.
切替制御部22は、コイル5を構成する複数本(本実施形態では2本)のコイル線の接続状態を並列接続と直列接続との間で切り替える。切替制御部22は、制御部30に入力される所定の入力情報(要求される出力)が、所定の「閾値出力」を超える場合、複数本のコイル線の接続状態を並列接続とし、上記入力情報(要求される出力)が、所定の「閾値出力」を超えない場合、複数本のコイル線の接続状態を直列接続にする。切替制御部22は、上記入力情報(要求される出力)が「閾値出力」と一致する場合、複数本のコイル線の接続状態を直列接続にする。なお、切替制御部22は、上記入力情報(要求される出力)が「閾値出力」と一致する場合、複数本のコイル線の接続状態を並列接続ではなく、直列接続にするものであってもよい。 The switching control unit 22 switches the connection state of the multiple coil wires (two in this embodiment) that make up the coil 5 between parallel connection and series connection. When the specified input information (required output) input to the control unit 30 exceeds a specified "threshold output", the switching control unit 22 sets the connection state of the multiple coil wires to a parallel connection, and when the input information (required output) does not exceed the specified "threshold output", the switching control unit 22 sets the connection state of the multiple coil wires to a series connection when the input information (required output) matches the "threshold output". Note that when the input information (required output) matches the "threshold output", the switching control unit 22 may set the connection state of the multiple coil wires to a series connection instead of a parallel connection.
本実施形態では、「閾値出力」は、コイル5を構成する複数本のコイル線の接続状態が直列接続であり且つコイル5に印加される電圧がバッテリー20の定格電圧である場合に発生する出力である。例えば、コイル5が、電気抵抗10[Ω]、巻数250[T]のコイル線を2本用いて構成され、バッテリー20として定格電圧3.7Vのものが用いられる場合、複数本のコイル線が直列接続されたときの最大起磁力Fm1は、3.7[V]/20[Ω]×500[T]=92.5[AT]となる。この最大起磁力Fm1を発現する際に発生する出力を「閾値出力」とすることができる。なお、コイル5を構成する複数本のコイル線の接続状態が直列接続であり且つコイル5に印加される電圧がバッテリー20の定格電圧である場合に発生する出力より小さい出力(例えば0~30%小さい出力)を「閾値出力」としてもよい。 In this embodiment, the "threshold output" is an output generated when the multiple coil wires constituting the coil 5 are connected in series and the voltage applied to the coil 5 is the rated voltage of the battery 20. For example, if the coil 5 is configured using two coil wires with an electrical resistance of 10 [Ω] and a number of turns of 250 [T], and a battery 20 with a rated voltage of 3.7 V is used, the maximum magnetomotive force Fm1 when the multiple coil wires are connected in series is 3.7 [V] / 20 [Ω] × 500 [T] = 92.5 [AT]. The output generated when this maximum magnetomotive force Fm1 is realized can be the "threshold output". Note that the "threshold output" may be an output smaller (e.g., an output 0 to 30% smaller) than the output generated when the multiple coil wires constituting the coil 5 are connected in series and the voltage applied to the coil 5 is the rated voltage of the battery 20.
第2の実施形態に係る磁気粘性流体装置1Aによれば、要求される出力が「閾値出力」よりも小さい場合、複数本のコイル線の接続状態が直列接続となり、実質的に図2(a)に示した回路が形成され、消費電力が抑制される。例えば、電気抵抗10[Ω]、巻数250[T]のコイル線を2本用いてコイル5を構成し、定格電圧3.7Vのバッテリー20を用いて、50[AT]の起磁力を発生させる場合、コイル線が直列接続されたときの消費電力は0.37[W](=3.7[V]×50[AT]/500[T])となる。これに対して、コイル線が並列接続されたときの消費電力は、0.74[W](=(3.7[V]×25[AT]/250[T])×2)となり、コイル線が直列接続されたときの方が格段に消費電力が小さくなる。 According to the magnetorheological fluid device 1A of the second embodiment, when the required output is smaller than the "threshold output", the multiple coil wires are connected in series, forming a circuit as shown in FIG. 2(a), and power consumption is reduced. For example, when the coil 5 is formed using two coil wires with an electrical resistance of 10 [Ω] and a number of turns of 250 [T], and a magnetomotive force of 50 [AT] is generated using a battery 20 with a rated voltage of 3.7 V, the power consumption when the coil wires are connected in series is 0.37 [W] (= 3.7 [V] x 50 [AT] / 500 [T]). In contrast, the power consumption when the coil wires are connected in parallel is 0.74 [W] (= (3.7 [V] x 25 [AT] / 250 [T]) x 2), and the power consumption is significantly smaller when the coil wires are connected in series.
また、要求される出力が「閾値出力」よりも大きい場合、複数本のコイル線の接続状態が並列接続となり、図2(b)に示す回路が形成され、直列接続では発生させることができない大きな出力を磁気粘性流体装置1Aに発生させることができる。例えば、電気抵抗10[Ω]、巻数250[T]のコイル線を2本用いてコイル5を構成し、定格電圧3.7Vのバッテリー20を用いる場合、コイル線が直列接続されたときの起磁力の最大値は、3.7[V]/20[Ω]×500[T]=92.5[AT]となる。これに対して、コイル線が並列接続されたときの起磁力の最大値は、3.7[V]/10[Ω]×250[T]×2=185[AT]となり、コイル線が並列接続されたときの方が格段に大きな起磁力(出力)を発生させることができる。 In addition, when the required output is greater than the "threshold output", the multiple coil wires are connected in parallel, forming the circuit shown in FIG. 2(b), allowing the magnetorheological fluid device 1A to generate a large output that cannot be generated by series connection. For example, if the coil 5 is formed using two coil wires with an electrical resistance of 10 [Ω] and a number of turns of 250 [T], and a battery 20 with a rated voltage of 3.7 V is used, the maximum value of the magnetomotive force when the coil wires are connected in series is 3.7 [V]/20 [Ω] x 500 [T] = 92.5 [AT]. In contrast, the maximum value of the magnetomotive force when the coil wires are connected in parallel is 3.7 [V]/10 [Ω] x 250 [T] x 2 = 185 [AT], and a significantly larger magnetomotive force (output) can be generated when the coil wires are connected in parallel.
本発明は、例えば、相対回転可能な部材間に磁気粘性流体が介在し、その磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで当該部材間で伝達されるトルクを変えることができる磁気粘性流体装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a magnetorheological fluid device in which, for example, a magnetorheological fluid is interposed between relatively rotatable members, and the torque transmitted between the members can be changed by changing the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid.
1,1A 磁気粘性流体装置
A 装置本体
B 給電ユニット
2 円板(第1部)
3 第1ヨーク(第2部)
4 第2ヨーク(第2部)
5 コイル
6 磁気粘性流体
13 電磁石
20 バッテリー
21 電圧制御部
22 切替制御部
1, 1A Magnetorheological fluid device A Device body B Power supply unit 2 Disk (first part)
3. First Yoke (Part 2)
4. Second Yoke (Part 2)
5 Coil 6 Magnetorheological fluid 13 Electromagnet 20 Battery 21 Voltage control unit 22 Switching control unit
Claims (2)
前記第1部と前記第2部との間に介在する磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体に印加する磁場を発生する電磁石と、
切替制御部と、
を備える磁気粘性流体装置において、
前記電磁石を構成するコイルは、並列接続された複数本のコイル線が整列かつ並列に1つのコイルとして巻かれたものであり、
前記複数本のコイル線は、互いに同じ断面積を有し、
前記並列接続は、前記切替制御部によって形成された前記複数本のコイル線の接続状態の1つであり、
前記切替制御部は、前記複数本のコイル線の接続状態を前記並列接続から直列接続へ切り替えることと、前記直列接続から前記並列接続へ切り替えることが可能である、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置。 a first portion and a second portion that are provided so as to be relatively rotatable about an axis;
a magnetorheological fluid interposed between the first portion and the second portion;
an electromagnet that generates a magnetic field to be applied to the magnetorheological fluid;
A switching control unit;
In a magnetorheological fluid device comprising:
The coil constituting the electromagnet is formed by winding a plurality of coil wires connected in parallel in an aligned manner as one coil,
The coil wires have the same cross-sectional area,
the parallel connection is one of the connection states of the plurality of coil wires formed by the switching control unit,
the switching control unit is capable of switching a connection state of the plurality of coil wires from the parallel connection to the series connection and from the series connection to the parallel connection.
A magnetorheological fluid device comprising:
要求される出力に応じて、前記コイルに印加する電圧を制御する電圧制御部と、
前記電圧制御部に電源を供給するバッテリーと、
を備え、
前記切替制御部は、要求される出力が、所定の閾値出力を超える場合、前記複数本のコイル線の接続状態を並列接続にし、要求される出力が、前記所定の閾値出力を超えない場合、前記複数本のコイル線の接続状態を直列接続にするものであり、
前記所定の閾値出力は、前記複数本のコイル線の接続状態が直列接続であり且つ前記コイルに印加される電圧が前記バッテリーの定格電圧のときに発生される出力、または該出力より小さいものである、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。 2. The magnetorheological fluid device according to claim 1 ,
A voltage control unit that controls a voltage applied to the coil in accordance with a required output;
a battery that supplies power to the voltage control unit;
Equipped with
the switching control unit changes a connection state of the plurality of coil wires to a parallel connection when a required output exceeds a predetermined threshold output, and changes a connection state of the plurality of coil wires to a series connection when the required output does not exceed the predetermined threshold output,
A magnetorheological fluid device characterized in that the specified threshold output is an output generated when the multiple coil wires are connected in series and the voltage applied to the coil is the rated voltage of the battery, or is smaller than that output.
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