JP3876412B2 - 電磁サスペンション装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力による振動抑制用アクチュエータ、ダンパに係り、特に、自動車、鉄道車両などに用いて好適な電磁サスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁サスペンション装置の一例を図６に示す。
図６において、電磁サスペンション装置１は、電磁リニアモータ２、油圧ダンパ３（相対変位部材）及びエアばね装置４を組合せて構成されている。
油圧ダンパ３は、アウターチューブ５及びインナーチューブ６からなる２重筒状のシリンダ７と、インナーチューブ６内に２つの液室を画成するようにインナーチューブ６内に嵌挿されたピストン（図示省略）に取付けられたピストンロッド８とを備えている。
ピストンロッド８はゴムブシュ９（弾性体）を介して、車体１０（ばね上部材）に保持されたアッパーマウント１１に結合されている。アウターチューブ５（シリンダ７）におけるピストンロッド８と反対側の端部は車軸１２（ばね下部材）に連結されている。そして、油圧ダンパ３は、図示しない減衰力発生機構を有し、車体１０と車軸１２の相対変位に伴って生じるピストンとインナーチューブ６（シリンダ７）の相対変位によって減衰力を発生するようにしている。
【０００３】
電磁リニアモータ２は、内周部にコイル１５を設けた筒状のアウターヨーク１６と、アウターヨーク１６内に軸方向に変位可能に収納された筒状のセンターヨーク１７とを有し、センターヨーク１７の外周部には、前記コイル１５と協働して電磁力を発生するための永久磁石１８が設けられている。コイル１５にはケーブル１９が接続されており、図示しないモータドライバからの電力をコイル１５に供給し得るようにしている。センターヨーク１７には、永久磁石１８を覆うようにガイドパイプ（以下、センターヨーク側ガイドパイプという。）２０が挿入されている。アウターヨーク１６の一端側（ばね下側。図６下側）の内周部には、ドライメタル（以下、アウターヨーク側ドライメタルという。）２１が設けられており、センターヨーク側ガイドパイプ２０と摺動するようにしている。
センターヨーク１７はその内側にアウターチューブ５が挿通されてこのアウターチューブ５に保持されている。アウターヨーク１６は、アウターヨーク支持体２２を介してピストンロッド８の先端部に保持されている。
【０００４】
アウターヨーク支持体２２は、ピストンロッド８の先端部に嵌合される筒状の基部（以下、アウターヨーク支持体基部という。）２３と、アウターヨーク支持体基部２３に連接しアウターヨーク支持体基部２３に比して大径のアウターヨーク側筒部２４とからなり、アウターヨーク側筒部２４の先端部がアウターヨーク１６に嵌合されている。前記ゴムブシュ９は、アウターヨーク支持体基部２３とアッパーマウント１１との間に介装されている。
アウターヨーク側筒部２４の内側になるようにしてピストンロッド８には、バンプストッパ２５が取付けられている。
【０００５】
アウターチューブ５には、センターヨーク１７の一端部（ばね下側。図６下側）に隣接するようにガイドパイプ（以下、アウターチューブ側ガイドパイプという。）２６が嵌合され、略筒状の固定部材２７によりアウターチューブ５に固定されている。アウターチューブ側ガイドパイプ２６の先端側はピストンロッド８側（ばね上側）に延び、内側にアウターヨーク１６を挿入するようにしている。アウターチューブ側ガイドパイプ２６は、その先端側の内側にドライメタル（アウターチューブ側ドライメタル）２８を設けており、アウターチューブ側ドライメタル２８を介してアウターヨーク１６を摺動案内するようにしている。
電磁リニアモータ２は、コイル１５への通電により永久磁石１８との間に生じる電磁力によって推進力を得、コイル１５及び永久磁石１８の相対変位によりコイル１５に生じる起電力によって減衰力を得るようにしている。
【０００６】
エアばね装置４は、上端が前記アッパーマウント１１に固定された上部ケース３０と、下端がアウターチューブ５（シリンダ７）に固定された前記アウターチューブ側ガイドパイプ２６と、さらに、アッパーマウント１１及びアウターチューブ側ガイドパイプ２６間に密閉空間（以下、空気室という。）３１を形成するように両者（アッパーマウント１１及びアウターチューブ側ガイドパイプ２６）を連結する可撓性材料からなるシート部材３２と、から大略構成されている。エアばね装置４は、前記空気室３１に封入された空気によりばね作用を発生させるようにしている。
【０００７】
上述した電磁サスペンション装置１では、電磁リニアモータ２と油圧ダンパ３を組合せ、センターヨーク１７を油圧ダンパ３のアウターチューブ５に挿入し、装置の外径を小さくするようにしている。また、ばね上側に配置されるアウターヨーク１６及びコイル１５はピストンロッド８に固定し、ピストンロッド８と車体１０との間に設けられるゴムブシュ９によって、車体１０に対する油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２の揺動を吸収するようにしている。
また、エアばね装置４と電磁リニアモータ２を組合せ、電磁リニアモータ２の外径を空気室３１に合わせて決定し電磁リニアモータ２をエアばね装置４の空気室３１内に収納したものにしている。
また、エアばね装置４の空気室３１に収納するようにして電磁リニアモータ２を設けており、外部の雰囲気と電磁リニアモータ２が遮断されるため、外部からの鉄粉、水分、その他の異物が永久磁石１８、コイル１５及び摺動部に付着する虞が無いなどの利点を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した電磁サスペンション装置１では、（１）電磁リニアモータ２が発生する推進力及び減衰力がゴムブシュ９を介して車体１０に伝達されるため、高周波域（概ね４Hz〜50Hz）において充分制御効果が期待できる電磁リニアモータ２における推進力及び減衰力（特に振幅値が小さいもの）を効率よく車体１０に伝達することができず、その分、本来の振動抑制性能が発揮できないものになっていた。
また、電磁リニアモータ２がエアばね装置４の空気室３１に収納されているので、（２）外部の雰囲気により電磁リニアモータ２を直接に冷却することができず、コイル１５の温度上昇が大きくなり、これに伴い、流せる電流の大きさひいては発生する推進力が制約されている。さらに、（３）電磁リニアモータ２は外径寸法を大きくする上で制約を受け、電磁リニアモータ２の大容量化を図ることが難しくなっている。
また、（４）電磁リニアモータ２及び油圧ダンパ３が接触して設けられているので、電磁リニアモータ２の温度が油圧ダンパ３の油温を上昇させ、油圧ダンパ３が正規の減衰力特性を発生しなくなる虞があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高周波数域の推進力及び減衰力をばね上部材に精確に伝達して振動抑制性能の向上を図ることができる電磁サスペンション装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、コイルの温度上昇を抑制して電磁リニアモータの大容量化を図ることができる電磁サスペンション装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る電磁サスペンション装置は、一端が車両のばね上部材に弾性体を介して接続されると共に、他端が車両のばね下部材に接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に応じて相対変位する相対変位部材と、該相対変位部材を包囲し、一端が前記ばね上部材に直接接続されると共に、他端が前記相対変位部材の他端側に対して径方向にのみ移動を許容する自在継手機構を介して接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に対して推進力または減衰力発生する電磁リニアモータと、を備えたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記電磁リニアモータは、筒状のアウターヨークと、該アウターヨークに対して進退可能に設けられた筒状のセンターヨークとを備え、前記アウターヨーク及び前記センターヨークのうち一方にコイル部材を、他方に磁石部材を設け、前記コイル部材への通電により前記磁石部材との間に生じる電磁力によって推進力を得、前記コイル部材及び前記磁石部材の相対変位により前記コイル部材に生じる起電力によって減衰力を得るように構成したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の構成において、上端が前記センターヨークまたは前記アウターヨークに保持されると共に、下端が前記相対変位部材の他端側に保持され、前記電磁リニアモータと共に内側に空気室を形成する可撓性材料からなるシート部材を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態の電磁サスペンション装置１Ａを図１及び図２に基づいて説明する。なお、図６に示す部材及び部分と同等の部材及び部分については、同等の符号を付し、その説明は適宜省略する。この電磁サスペンション装置１Ａは、図６に示す電磁サスペンション装置１に比して、エアばね装置４を廃止したこと、電磁リニアモータ２と異なる電磁リニアモータ２Ａを設けたこと、アッパーマウント１１に電磁リニアモータ２Ａのアウターヨーク１６Ａが直接接続されたこと、センターヨーク１７Ａと油圧ダンパ３のアウターチューブ５との間に自在継手機構３５を設けたことが主に異なっている。
【００１２】
図１及び図２において、電磁サスペンション装置１Ａは、電磁リニアモータ２Ａ及び油圧ダンパ３（相対変位部材）を組合せて構成されている。
油圧ダンパ３は、アウターチューブ５及びインナーチューブ６からなる２重筒状のシリンダ７と、インナーチューブ６内を上室、下室の２つの液室に画成するようにインナーチューブ６内に嵌挿されたピストン（図示省略）を有している。油圧ダンパ３は、ピストンに連結したピストンロッド８がストロークするのに伴って液室内をピストンが移動し減衰力を発生する。
【００１３】
ピストンロッド８は、後述する筒状体３６及びゴムブシュ９（弾性体）を介して、車体１０（ばね上部材）に保持されたアッパーマウント１１に気密状態で結合されている。ピストンロッド８から伝わる力は、ゴムブシュ９を介して車体１０に伝わる。そのため、油圧ダンパ３の微振動や、ストロークに伴う油圧ダンパ３の若干の揺動及び傾きはゴムブシュ９によって吸収される。
アウターチューブ５におけるピストンロッド８と反対側の端部は車軸１２（ばね下部材）に連結されている。そして、油圧ダンパ３は、図示しない減衰力発生機構を有し、車体１０（ばね上部材）と車軸１２（ばね下部材）の相対変位に伴ってピストンとインナーチューブ６（シリンダ７）が相対変位し、この相対変位によって減衰力を発生するようにしている。
【００１４】
電磁リニアモータ２Ａは、油圧ダンパ３を包囲するように設けられ、前記アッパーマウント１１に保持され内周部にコイル１５が設けられた筒状のアウターヨーク１６Ａと、アウターヨーク１６Ａ内に軸方向に変位可能に（進退可能に）収納された筒状のセンターヨーク１７Ａとを有し、センターヨーク１７Ａの外周部には、前記コイル１５（コイル部材）と協働して電磁力を発生するための永久磁石１８（磁石部材）が設けられている。前記コイル１５にはケーブル１９が接続されており、図示しないモータドライバからの電力をコイル１５に供給し得るようにしている。
センターヨーク１７Ａには、永久磁石１８を覆うようにして薄い板厚のガイドパイプ（以下、センターヨーク側ガイドパイプという。）２０が挿入されている。アウターヨーク１６Ａの一端側（ばね下側。図１下側）の内周部には、アウターヨーク側ドライメタル２１が設けられており、センターヨーク側ガイドパイプ２０と無潤滑で摺動するようにしている。このアウターヨーク側ドライメタル２１はシール機能を有するものになっている。
【００１５】
前記アッパーマウント１１には、ガイドパイプ（以下、インナーガイドパイプという。）３７が保持されている。インナーガイドパイプ３７は、その外径寸法がセンターヨーク１７Ａの内径寸法より小さく設定されており、センターヨーク１７Ａ内に挿通されている。センターヨーク１７Ａは、内側に設けたドライメタル（以下、センターヨーク側ドライメタルという。）３８及びシール部材（以下、センターヨーク側シール部材という。）３９を介して、センターヨーク１７Ａを軸方向に無潤滑で摺動案内するようにしている。
そして、センターヨーク側ガイドパイプ２０を備えたセンターヨーク１７Ａは、インナーガイドパイプ３７及びアウターヨーク１６Ａの間の空間部４０に挿入されてアウターヨーク１６Ａと軸方向に相対変位する。
【００１６】
ピストンロッド８の先端部には、図６の前記アウターヨーク支持体２２に代えて、前記筒状体３６が嵌合されている。筒状体３６は、ピストンロッド８の先端部に嵌合される基部（以下、筒状体基部という。）４１と、筒状体基部４１に連接し筒状体基部４１に比して大径の筒状体大径部４２とからなっている。前記バンプストッパ２５は、筒状体大径部４２内に収納されてピストンロッド８に取付けられ、縮み側の過大なストロークを弾性的に規制するようにしている。
【００１７】
本実施の形態では電磁リニアモータ２Ａは、アウターヨーク１６Ａ、コイル１５、センターヨーク側ガイドパイプ２０を含むセンターヨーク１７Ａ、永久磁石１８、インナーガイドパイプ３７、センターヨーク側シール部材３９、センターヨーク側ドライメタル３８及びアウターチューブ側ドライメタル２８から構成され、図示しないモータドライバからの電流がケーブル１９を介してコイル１５に流れることにより、コイル１５（アウターヨーク１６Ａ）と永久磁石１８（センターヨーク１７Ａ）との間に相対的な推進力を発生する。
また、電磁リニアモータ２Ａは、コイル１５（アウターヨーク１６Ａ）と永久磁石１８（センターヨーク１７Ａ）とが軸方向に相対的変位することにより、コイル１５と永久磁石１８の電磁作用によりコイル１５（アウターヨーク１６Ａ）と永久磁石１８（センターヨーク１７Ａ）との間に相対的な減衰力を発生する。
【００１８】
前記自在継手機構３５は、図１及び図２に示すように、センターヨーク１７Ａの内側に、半径方向内側に相対向するように設けられた２本のピン（以下、センターヨーク側ピンという。）４５と、センターヨーク１７Ａとアウターチューブ５との間に配置されたリング４６とを有している。リング４６には、図２に示すように、９０度間隔で４つの孔（便宜上、周方向に順に、第１〜４孔４７〜５０という。）が形成されており、第１〜４孔４７〜５０にはドライメタルが装着されている。
前記２本のセンターヨーク側ピン４５は、第１、第３孔４７，４９のドライメタル（便宜上、第１ドライメタルという。）５１にそれぞれ、挿入されている。そして、リング４６は、第１、第３孔４７，４９の第１ドライメタル５１によって２本のセンターヨーク側ピン４５回りに回転自在に支持されている。第２、第４孔４８，５０のドライメタルを、以下、便宜上、第２ドライメタル５２という。
【００１９】
ここで、説明の便宜上、センターヨーク側ピン４５の中心軸をａ軸、このａ軸と直交する軸をｂ軸という。
アウターチューブ５には、半径方向外側に相対向するように設けられた２本のピン（以下、アウターチューブ側ピンという。）５３が設けられている。
前記２本のアウターチューブ側ピン５３は、第２、第４孔４８，５０の第２ドライメタル５２にそれぞれ、挿入されている。リング４６とアウターチューブ側ピン５３は、第２、第４孔４８，５０の第２ドライメタル５２によって、ｂ軸回りに回転自在に支持されている。なお、上述したように、リング４６とセンターヨーク側ピン４５は、第１、第３孔４７，４９の第１ドライメタル５１によって、ａ軸回りに回転自在に支持されている。
【００２０】
また、センターヨーク１７Ａとリング４６との間には所定の隙間５５が形成され、また、アウターチューブ５とリング４６との間には所定の隙間５６が形成されている。そのため、リング４６は、センターヨーク側ピン４５の軸方向（ａ軸方向）、アウターチューブ側ピン５３の軸方向（ｂ軸方向）にそれぞれ移動し得るようになっている。
すなわち、油圧ダンパ３は、センターヨーク１７Ａに対してａ軸回りに回転と移動が可能になり、アウターチューブ５はリング４６に対してｂ軸回りに回転と移動が可能になる。
また、センターヨーク１７Ａはアッパーマウント１１に固定されているので、アウターチューブ５はアッパーマウント１１に対してａ軸、ｂ軸方向の回転と移動ができるようになる。つまり、油圧ダンパ３がゴムブシュ９をおよその回転中心として揺動することができる。
このようにして、油圧ダンパ３に対して電磁リニアモータ２Ａをその軸方向に移動することを規制して径方向（油圧ダンパ３、電磁リニアモータ２Ａの軸に対する径方向）にのみ移動許容するようになっている。
【００２１】
油圧ダンパ３が揺動していて油圧ダンパ３の軸方向中心線と電磁リニアモータ２Ａの軸方向中心線が傾斜していても、電磁リニアモータ２Ａのアウターヨーク１６Ａに対して発生するセンターヨーク１７Ａの推進力は、センターヨーク側ピン４５、第１ドライメタル５１、リング４６、第２ドライメタル及びアウターチューブ側ピン５３を介してアウターチューブ５に伝達される。この場合、伝達される力は傾斜角が大きくなるにつれて小さくなる。
【００２２】
この第１実施の形態によれば、アッパーマウント１１に電磁リニアモータ２Ａのアウターヨーク１６Ａが直接に結合されており、電磁リニアモータ２Ａの推進力及び減衰力の車体１０（ばね上部材）側への伝達が直接に行なわれる。このため、高周波数域の推進力及び減衰力を効率よくかつ精確に車体１０（ばね上部材）側へ伝達することができ、これに伴い振動抑制性能が向上する。
また、アウターヨーク１６Ａは車体１０（ばね上部材）に直接的に固定されており、ばね下の質量変化が小さいので、振動抑制が難しいばね下の振動伝達特性を悪化させることがない。また、アウターヨーク１６Ａにコイル１５を設け、アウターヨーク１６Ａを車体１０（ばね上部材）に固定したことから、ケーブル１９を車体１０側に固定できる。このため、ケーブル１９を金属などの保護部材で覆うことができ、ケーブル１９の耐久性及び安全性の向上を図ることができる。
【００２３】
さらに、アウターヨーク１６Ａが外気に触れて、コイル１５を効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流をコイル１５に流せることになる。このため、電磁リニアモータ２Ａの推進力を大幅に増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体１０の姿勢変化の抑制を向上することができる。
また、油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２Ａの直接的な接触が抑えられているので、電磁リニアモータ２Ａの発生する熱が油圧ダンパ３に伝わりにくくなる。このため、油圧ダンパ３は、正規の減衰力特性を発揮することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂを図３に基づいて説明する。なお、前記第１実施の形態と同等の部分は同一の符号で示し、適宜その説明は省略する。
第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂは、前記第１実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ａに比して、エアばね装置４Ｂ（気体ばね装置）を備えたこと、センターヨーク１７Ａの下端側の外周部にエアばね装置４Ｂのシート部材３２の一端側が保持されるように複数条の溝からなるセンターヨーク側シート部材結合部６０を設けたことが主に異なっている。
【００２５】
エアばね装置４Ｂは、先端側がばね上側に延びるようにして基端部がアウターチューブ５に気密状態で嵌合された略筒状の下部ケース６１を有している。下部ケース６１の先端側の外周部には、シート部材３２の他端側が保持されるように複数条の溝からなる下部ケース側シート部材結合部６２が設けられている。
シート部材３２は、可撓性材料からなり、その一端側が前記センターヨーク側シート部材結合部６０に気密状態で結合され、かつその他端側が下部ケース側シート部材結合部６２に気密状態で結合されている。また、エアばね装置４Ｂは、環状のシート部材押え６３を有し、センターヨーク側シート部材結合部６０に結合されたシート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ａ側に向けて押さえるようにし、より気密性を確保するようにしている。
【００２６】
エアばね装置４Ｂは、シート部材３２が、下部ケース６１、電磁リニアモータ２Ａ（アウタ−ヨーク、センターヨーク１７Ａ及びインナーガイドパイプ３７）、アッパーマウント１１、ゴムブシュ９、筒状体３６及び各シール部材（アウターヨーク側ドライメタル３８及びセンターヨーク側シール部材３９）等と共に、内側に密閉空間（以下、空気室という。）３１Ｂを形成し、この空気室３１Ｂに封入された圧縮空気（気体）によりばね作用を発生させるようにしている。空気室３１Ｂには、図示しない空気圧縮機が図示しない電磁弁を介して接続されており、前記電磁弁により空気室３１Ｂ内に吸気したり、空気室３１Ｂ内の空気を外部に排出したりすることで空気室３１Ｂ内の空気圧力などが調整されるようにしている。
なお、後述する第３、第４実施の形態にも図示しない空気圧縮機及び電磁弁が設けられている。
【００２７】
この第２実施の形態によれば、油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２Ａに加えて、エアばね装置４Ｂによる振動絶縁、車体１０の姿勢変化の抑制を行なうので、振動絶縁、車体姿勢変化の抑制等のサスペンション装置の基本性能が向上する。
また、エアばね装置４Ｂを設けているが、アウターヨーク１６Ａはエアばね装置４Ｂに影響されずに外気に触れているので、コイル１５を効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流をコイル１５に流せることになる。このため、電磁リニアモータ２Ａの推進力を大幅に増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体１０の姿勢変化の抑制をより進めることができる。
さらに、油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２Ａの直接的な接触が抑えられているので、電磁リニアモータ２Ａの発生する熱が油圧ダンパ３に伝わりにくくなる。このため、油圧ダンパ３は、正規の減衰力特性を発揮することができる。
【００２８】
次に、本発明の第３実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｃを図４に基づいて説明する。なお、前記第１、第２実施の形態と同等の部分は同一の符号で示し、適宜その説明は省略する。
第３実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｃは、前記第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂ（図３）に比して、シート部材押え６３を廃止したこと、図３のセンターヨーク１７Ａに代えて、下端側を延ばして軸方向の長さを図３のセンターヨーク１７Ａより長くしたセンターヨーク１７Ｃを用いたこと、シート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ｃの内側に固定するようにしたこと、空気室３１Ｂ内に配置された自在継手機構３５をシート部材３２の他端側の下側（空気室３１Ｂ外）に設けたことが主に異なっている。
【００２９】
この電磁サスペンション装置１Ｃでは、シート部材３２が、センターヨーク１７Ｃ、下部ケース６１及び自在継手機構３５（リング４６）で囲まれた空間６４内で伸縮する。
そして、この電磁サスペンション装置１Ｃでは、センターヨーク１７Ｃの長さを長く形成したので、これに伴い永久磁石１８を軸方向に長く配置することができ、振動絶縁、車体１０の姿勢変化を抑制する上で、大きな振動及び大きな姿勢変化にも確実に対処することができ、抑制範囲の拡大を図ることができる。
【００３０】
次に、本発明の第４実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｄを図５に基づいて説明する。なお、前記第２実施の形態と同等の部分は同一の符号で示し、適宜その説明は省略する。
第４実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｄは、前記第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂ（図３）がシート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ａの下端側に保持したのに比して、アウターヨーク１６Ａの下端側に保持したことが大きく異なっている。
【００３１】
図５において、アウターヨーク１６Ａの下端側の外周部には、エアばね装置４Ｂのシート部材３２の一端側が保持されるように複数条の溝からなるアウターヨーク側シート部材結合部７０が設けられている。また、アウターチューブ５には、環状体７１が気密状態で嵌合されている。環状体７１の外周部には、シート部材３２の他端側が保持されるように複数条の溝からなる環状体側シート部材結合部７２が設けられている。
可撓性材料からなるシート部材３２の一端側が前記アウターヨーク側シート部材結合部７０に気密状態で結合され、かつその他端側が環状体側シート部材結合部７２に気密状態で結合されている。また、エアばね装置４Ｂは、環状のシート部材押え６３を有し、アウターヨーク側シート部材結合部７０に結合されたシート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ａ側に向けて押さえるようにし、より気密性を確保するようにしている。
【００３２】
なお、上記各実施の形態では、自在継手機構としてピン４５、リング４６、孔４７〜５０、ドライメタル５１及び５２よりなる自在継手機構３５を採用したものを示したが、別段これに限らず、本発明における自在継手機構としては、図７に示すような自在継手機構２００でも構わない。
この自在継手２００は、油圧ダンパ１００の外周に一体的に形成されたケース１００ａ内に嵌挿された環状のゴムブッシュ１０２と、このゴムブッシュ１０２の内部に固着して設けられ、中間部分が大径部１０１ａとなったピン１０１ｂと、ピン１０１ｂと一体となったセンターヨーク１０１とから大略構成されている。
このように構成された自在継手機構２００は、油圧ダンパ１００に対するセンターヨーク１０１の径方向に対する移動をスムーズにし、一方、大径部１０１ａとケース１００ａとの間のゴムブッシュ１０２の厚さが薄肉となっているので、軸方向に対する移動を実質的に規制することができる（径方向にのみ移動を許容）。
この自在継手２００によれば、上記各実施の形態における自在継手機構３５で必要とする、ピン４５、リング４６、孔４７〜５０、ドライメタル５１及び５２を必要とせず、構成を簡略化でき、ひいては大幅なコストダウンを実現できる。また、上記第２〜第４の実施の形態では、空気室３１Ｂに図示しない空気圧縮機を接続し、空気室３１Ｂ内に圧縮空気を封入した場合を例にしたが、ばね装置が別個にある場合には、空気室３１Ｂに圧縮空気を入れずにシート部材３２を防塵カバーとしてのみ機能させるようにしてもよい。
【００３３】
上記各実施の形態では、電磁サスペンション装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを自動車に用いた（制御対象を車両とした）場合を例にしたが、これに限らず制御対象を鉄道車両など他の車両や構造物及び建築物などに用いるようにしてもよい。また、上記各実施の形態では、本発明における相対変位部材として、油圧ダンパであるものを示したが、別段これに限らず、内部に油液を給排することで伸縮可能な油圧シリンダ等、ばね上部材とばね下部材の相対変位に応じて相対変位するものであれば良い。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明に係る電磁サスペンション装置によれば、一端が車両のばね上部材に弾性体を介して接続されると共に、他端が車両のばね下部材に接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に応じて相対変位する相対変位部材と、該相対変位部材を包囲し、一端が前記ばね上部材に直接接続されると共に、他端が前記相対変位部材の他端側に対して径方向にのみ移動を許容する自在継手機構を介して接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に対して推進力または減衰力発生する電磁リニアモータと、を備え、ばね上部材と電磁リニアモータとが直接的に結合されており、電磁リニアモータの推進力及び減衰力のばね上部材への伝達が直接に行なわれるので、高周波数域の推進力及び減衰力を効率よくばね上部材側へ伝達することができ、これに伴い振動抑制性能が向上する。
さらに、電磁リニアモータが外気に触れて、効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流を流せることになるので、電磁リニアモータの推進力を増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体姿勢変化の抑制を向上することができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明に係る電磁サスペンション装置によれば、アウターヨークが外気に触れるので、電磁リニアモータがエアばね装置に囲まれる従来技術に比してコイルまたは永久磁石を効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流をコイルに流せることになる。このため、電磁リニアモータの推進力を大幅に増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体姿勢変化の抑制を向上させることができる。
請求項３に記載の発明に係る電磁サスペンション装置によれば、空気室に空気を封入してばね作用を発生させることが可能であり、これにより、相対変位部材及び電磁リニアモータに加えて、空気室による振動絶縁、車体姿勢変化の抑制を行なうので、振動絶縁、車体姿勢変化の抑制等の電磁サスペンション装置の基本性能が向上する。
【００３６】
さらに、相対変位部材及び電磁リニアモータの直接的な接触が抑えられているので、電磁リニアモータの発生する熱が相対変位部材に伝わりにくくなる。このため、相対変位部材は、正規の減衰力特性を発揮することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視に沿う断面図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図６】従来の電磁サスペンション装置の一例を示す断面図である。
【図７】本発明における自在継手機構の変形例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電磁サスペンション装置
２ 電磁リニアモータ
３ 油圧ダンパ（相対変位部材）
４ エアばね装置（気体ばね装置）
７ シリンダ
９ ゴムブッシュ（弾性部材）
１０ 車体（ばね上部材）
１５ コイル（コイル部材）
１６Ａ アウターヨーク
１７Ａ，１７Ｃ センターヨーク
１８ 永久磁石（磁石部材）
３１Ｂ 空気室
３５，２００ 自在継手機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力による振動抑制用アクチュエータ、ダンパに係り、特に、自動車、鉄道車両などに用いて好適な電磁サスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁サスペンション装置の一例を図６に示す。
図６において、電磁サスペンション装置１は、電磁リニアモータ２、油圧ダンパ３（相対変位部材）及びエアばね装置４を組合せて構成されている。
油圧ダンパ３は、アウターチューブ５及びインナーチューブ６からなる２重筒状のシリンダ７と、インナーチューブ６内に２つの液室を画成するようにインナーチューブ６内に嵌挿されたピストン（図示省略）に取付けられたピストンロッド８とを備えている。
ピストンロッド８はゴムブシュ９（弾性体）を介して、車体１０（ばね上部材）に保持されたアッパーマウント１１に結合されている。アウターチューブ５（シリンダ７）におけるピストンロッド８と反対側の端部は車軸１２（ばね下部材）に連結されている。そして、油圧ダンパ３は、図示しない減衰力発生機構を有し、車体１０と車軸１２の相対変位に伴って生じるピストンとインナーチューブ６（シリンダ７）の相対変位によって減衰力を発生するようにしている。
【０００３】
電磁リニアモータ２は、内周部にコイル１５を設けた筒状のアウターヨーク１６と、アウターヨーク１６内に軸方向に変位可能に収納された筒状のセンターヨーク１７とを有し、センターヨーク１７の外周部には、前記コイル１５と協働して電磁力を発生するための永久磁石１８が設けられている。コイル１５にはケーブル１９が接続されており、図示しないモータドライバからの電力をコイル１５に供給し得るようにしている。センターヨーク１７には、永久磁石１８を覆うようにガイドパイプ（以下、センターヨーク側ガイドパイプという。）２０が挿入されている。アウターヨーク１６の一端側（ばね下側。図６下側）の内周部には、ドライメタル（以下、アウターヨーク側ドライメタルという。）２１が設けられており、センターヨーク側ガイドパイプ２０と摺動するようにしている。
センターヨーク１７はその内側にアウターチューブ５が挿通されてこのアウターチューブ５に保持されている。アウターヨーク１６は、アウターヨーク支持体２２を介してピストンロッド８の先端部に保持されている。
【０００４】
アウターヨーク支持体２２は、ピストンロッド８の先端部に嵌合される筒状の基部（以下、アウターヨーク支持体基部という。）２３と、アウターヨーク支持体基部２３に連接しアウターヨーク支持体基部２３に比して大径のアウターヨーク側筒部２４とからなり、アウターヨーク側筒部２４の先端部がアウターヨーク１６に嵌合されている。前記ゴムブシュ９は、アウターヨーク支持体基部２３とアッパーマウント１１との間に介装されている。
アウターヨーク側筒部２４の内側になるようにしてピストンロッド８には、バンプストッパ２５が取付けられている。
【０００５】
アウターチューブ５には、センターヨーク１７の一端部（ばね下側。図６下側）に隣接するようにガイドパイプ（以下、アウターチューブ側ガイドパイプという。）２６が嵌合され、略筒状の固定部材２７によりアウターチューブ５に固定されている。アウターチューブ側ガイドパイプ２６の先端側はピストンロッド８側（ばね上側）に延び、内側にアウターヨーク１６を挿入するようにしている。アウターチューブ側ガイドパイプ２６は、その先端側の内側にドライメタル（アウターチューブ側ドライメタル）２８を設けており、アウターチューブ側ドライメタル２８を介してアウターヨーク１６を摺動案内するようにしている。
電磁リニアモータ２は、コイル１５への通電により永久磁石１８との間に生じる電磁力によって推進力を得、コイル１５及び永久磁石１８の相対変位によりコイル１５に生じる起電力によって減衰力を得るようにしている。
【０００６】
エアばね装置４は、上端が前記アッパーマウント１１に固定された上部ケース３０と、下端がアウターチューブ５（シリンダ７）に固定された前記アウターチューブ側ガイドパイプ２６と、さらに、アッパーマウント１１及びアウターチューブ側ガイドパイプ２６間に密閉空間（以下、空気室という。）３１を形成するように両者（アッパーマウント１１及びアウターチューブ側ガイドパイプ２６）を連結する可撓性材料からなるシート部材３２と、から大略構成されている。エアばね装置４は、前記空気室３１に封入された空気によりばね作用を発生させるようにしている。
【０００７】
上述した電磁サスペンション装置１では、電磁リニアモータ２と油圧ダンパ３を組合せ、センターヨーク１７を油圧ダンパ３のアウターチューブ５に挿入し、装置の外径を小さくするようにしている。また、ばね上側に配置されるアウターヨーク１６及びコイル１５はピストンロッド８に固定し、ピストンロッド８と車体１０との間に設けられるゴムブシュ９によって、車体１０に対する油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２の揺動を吸収するようにしている。
また、エアばね装置４と電磁リニアモータ２を組合せ、電磁リニアモータ２の外径を空気室３１に合わせて決定し電磁リニアモータ２をエアばね装置４の空気室３１内に収納したものにしている。
また、エアばね装置４の空気室３１に収納するようにして電磁リニアモータ２を設けており、外部の雰囲気と電磁リニアモータ２が遮断されるため、外部からの鉄粉、水分、その他の異物が永久磁石１８、コイル１５及び摺動部に付着する虞が無いなどの利点を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した電磁サスペンション装置１では、（１）電磁リニアモータ２が発生する推進力及び減衰力がゴムブシュ９を介して車体１０に伝達されるため、高周波域（概ね４Hz〜50Hz）において充分制御効果が期待できる電磁リニアモータ２における推進力及び減衰力（特に振幅値が小さいもの）を効率よく車体１０に伝達することができず、その分、本来の振動抑制性能が発揮できないものになっていた。
また、電磁リニアモータ２がエアばね装置４の空気室３１に収納されているので、（２）外部の雰囲気により電磁リニアモータ２を直接に冷却することができず、コイル１５の温度上昇が大きくなり、これに伴い、流せる電流の大きさひいては発生する推進力が制約されている。さらに、（３）電磁リニアモータ２は外径寸法を大きくする上で制約を受け、電磁リニアモータ２の大容量化を図ることが難しくなっている。
また、（４）電磁リニアモータ２及び油圧ダンパ３が接触して設けられているので、電磁リニアモータ２の温度が油圧ダンパ３の油温を上昇させ、油圧ダンパ３が正規の減衰力特性を発生しなくなる虞があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高周波数域の推進力及び減衰力をばね上部材に精確に伝達して振動抑制性能の向上を図ることができる電磁サスペンション装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、コイルの温度上昇を抑制して電磁リニアモータの大容量化を図ることができる電磁サスペンション装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る電磁サスペンション装置は、一端が車両のばね上部材に弾性体を介して接続されると共に、他端が車両のばね下部材に接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に応じて相対変位する相対変位部材と、該相対変位部材を包囲し、一端が前記ばね上部材に直接接続されると共に、他端が前記相対変位部材の他端側に対して径方向にのみ移動を許容する自在継手機構を介して接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に対して推進力または減衰力発生する電磁リニアモータと、を備えたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記電磁リニアモータは、筒状のアウターヨークと、該アウターヨークに対して進退可能に設けられた筒状のセンターヨークとを備え、前記アウターヨーク及び前記センターヨークのうち一方にコイル部材を、他方に磁石部材を設け、前記コイル部材への通電により前記磁石部材との間に生じる電磁力によって推進力を得、前記コイル部材及び前記磁石部材の相対変位により前記コイル部材に生じる起電力によって減衰力を得るように構成したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の構成において、上端が前記センターヨークまたは前記アウターヨークに保持されると共に、下端が前記相対変位部材の他端側に保持され、前記電磁リニアモータと共に内側に空気室を形成する可撓性材料からなるシート部材を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態の電磁サスペンション装置１Ａを図１及び図２に基づいて説明する。なお、図６に示す部材及び部分と同等の部材及び部分については、同等の符号を付し、その説明は適宜省略する。この電磁サスペンション装置１Ａは、図６に示す電磁サスペンション装置１に比して、エアばね装置４を廃止したこと、電磁リニアモータ２と異なる電磁リニアモータ２Ａを設けたこと、アッパーマウント１１に電磁リニアモータ２Ａのアウターヨーク１６Ａが直接接続されたこと、センターヨーク１７Ａと油圧ダンパ３のアウターチューブ５との間に自在継手機構３５を設けたことが主に異なっている。
【００１２】
図１及び図２において、電磁サスペンション装置１Ａは、電磁リニアモータ２Ａ及び油圧ダンパ３（相対変位部材）を組合せて構成されている。
油圧ダンパ３は、アウターチューブ５及びインナーチューブ６からなる２重筒状のシリンダ７と、インナーチューブ６内を上室、下室の２つの液室に画成するようにインナーチューブ６内に嵌挿されたピストン（図示省略）を有している。油圧ダンパ３は、ピストンに連結したピストンロッド８がストロークするのに伴って液室内をピストンが移動し減衰力を発生する。
【００１３】
ピストンロッド８は、後述する筒状体３６及びゴムブシュ９（弾性体）を介して、車体１０（ばね上部材）に保持されたアッパーマウント１１に気密状態で結合されている。ピストンロッド８から伝わる力は、ゴムブシュ９を介して車体１０に伝わる。そのため、油圧ダンパ３の微振動や、ストロークに伴う油圧ダンパ３の若干の揺動及び傾きはゴムブシュ９によって吸収される。
アウターチューブ５におけるピストンロッド８と反対側の端部は車軸１２（ばね下部材）に連結されている。そして、油圧ダンパ３は、図示しない減衰力発生機構を有し、車体１０（ばね上部材）と車軸１２（ばね下部材）の相対変位に伴ってピストンとインナーチューブ６（シリンダ７）が相対変位し、この相対変位によって減衰力を発生するようにしている。
【００１４】
電磁リニアモータ２Ａは、油圧ダンパ３を包囲するように設けられ、前記アッパーマウント１１に保持され内周部にコイル１５が設けられた筒状のアウターヨーク１６Ａと、アウターヨーク１６Ａ内に軸方向に変位可能に（進退可能に）収納された筒状のセンターヨーク１７Ａとを有し、センターヨーク１７Ａの外周部には、前記コイル１５（コイル部材）と協働して電磁力を発生するための永久磁石１８（磁石部材）が設けられている。前記コイル１５にはケーブル１９が接続されており、図示しないモータドライバからの電力をコイル１５に供給し得るようにしている。
センターヨーク１７Ａには、永久磁石１８を覆うようにして薄い板厚のガイドパイプ（以下、センターヨーク側ガイドパイプという。）２０が挿入されている。アウターヨーク１６Ａの一端側（ばね下側。図１下側）の内周部には、アウターヨーク側ドライメタル２１が設けられており、センターヨーク側ガイドパイプ２０と無潤滑で摺動するようにしている。このアウターヨーク側ドライメタル２１はシール機能を有するものになっている。
【００１５】
前記アッパーマウント１１には、ガイドパイプ（以下、インナーガイドパイプという。）３７が保持されている。インナーガイドパイプ３７は、その外径寸法がセンターヨーク１７Ａの内径寸法より小さく設定されており、センターヨーク１７Ａ内に挿通されている。センターヨーク１７Ａは、内側に設けたドライメタル（以下、センターヨーク側ドライメタルという。）３８及びシール部材（以下、センターヨーク側シール部材という。）３９を介して、センターヨーク１７Ａを軸方向に無潤滑で摺動案内するようにしている。
そして、センターヨーク側ガイドパイプ２０を備えたセンターヨーク１７Ａは、インナーガイドパイプ３７及びアウターヨーク１６Ａの間の空間部４０に挿入されてアウターヨーク１６Ａと軸方向に相対変位する。
【００１６】
ピストンロッド８の先端部には、図６の前記アウターヨーク支持体２２に代えて、前記筒状体３６が嵌合されている。筒状体３６は、ピストンロッド８の先端部に嵌合される基部（以下、筒状体基部という。）４１と、筒状体基部４１に連接し筒状体基部４１に比して大径の筒状体大径部４２とからなっている。前記バンプストッパ２５は、筒状体大径部４２内に収納されてピストンロッド８に取付けられ、縮み側の過大なストロークを弾性的に規制するようにしている。
【００１７】
本実施の形態では電磁リニアモータ２Ａは、アウターヨーク１６Ａ、コイル１５、センターヨーク側ガイドパイプ２０を含むセンターヨーク１７Ａ、永久磁石１８、インナーガイドパイプ３７、センターヨーク側シール部材３９、センターヨーク側ドライメタル３８及びアウターチューブ側ドライメタル２８から構成され、図示しないモータドライバからの電流がケーブル１９を介してコイル１５に流れることにより、コイル１５（アウターヨーク１６Ａ）と永久磁石１８（センターヨーク１７Ａ）との間に相対的な推進力を発生する。
また、電磁リニアモータ２Ａは、コイル１５（アウターヨーク１６Ａ）と永久磁石１８（センターヨーク１７Ａ）とが軸方向に相対的変位することにより、コイル１５と永久磁石１８の電磁作用によりコイル１５（アウターヨーク１６Ａ）と永久磁石１８（センターヨーク１７Ａ）との間に相対的な減衰力を発生する。
【００１８】
前記自在継手機構３５は、図１及び図２に示すように、センターヨーク１７Ａの内側に、半径方向内側に相対向するように設けられた２本のピン（以下、センターヨーク側ピンという。）４５と、センターヨーク１７Ａとアウターチューブ５との間に配置されたリング４６とを有している。リング４６には、図２に示すように、９０度間隔で４つの孔（便宜上、周方向に順に、第１〜４孔４７〜５０という。）が形成されており、第１〜４孔４７〜５０にはドライメタルが装着されている。
前記２本のセンターヨーク側ピン４５は、第１、第３孔４７，４９のドライメタル（便宜上、第１ドライメタルという。）５１にそれぞれ、挿入されている。そして、リング４６は、第１、第３孔４７，４９の第１ドライメタル５１によって２本のセンターヨーク側ピン４５回りに回転自在に支持されている。第２、第４孔４８，５０のドライメタルを、以下、便宜上、第２ドライメタル５２という。
【００１９】
ここで、説明の便宜上、センターヨーク側ピン４５の中心軸をａ軸、このａ軸と直交する軸をｂ軸という。
アウターチューブ５には、半径方向外側に相対向するように設けられた２本のピン（以下、アウターチューブ側ピンという。）５３が設けられている。
前記２本のアウターチューブ側ピン５３は、第２、第４孔４８，５０の第２ドライメタル５２にそれぞれ、挿入されている。リング４６とアウターチューブ側ピン５３は、第２、第４孔４８，５０の第２ドライメタル５２によって、ｂ軸回りに回転自在に支持されている。なお、上述したように、リング４６とセンターヨーク側ピン４５は、第１、第３孔４７，４９の第１ドライメタル５１によって、ａ軸回りに回転自在に支持されている。
【００２０】
また、センターヨーク１７Ａとリング４６との間には所定の隙間５５が形成され、また、アウターチューブ５とリング４６との間には所定の隙間５６が形成されている。そのため、リング４６は、センターヨーク側ピン４５の軸方向（ａ軸方向）、アウターチューブ側ピン５３の軸方向（ｂ軸方向）にそれぞれ移動し得るようになっている。
すなわち、油圧ダンパ３は、センターヨーク１７Ａに対してａ軸回りに回転と移動が可能になり、アウターチューブ５はリング４６に対してｂ軸回りに回転と移動が可能になる。
また、センターヨーク１７Ａはアッパーマウント１１に固定されているので、アウターチューブ５はアッパーマウント１１に対してａ軸、ｂ軸方向の回転と移動ができるようになる。つまり、油圧ダンパ３がゴムブシュ９をおよその回転中心として揺動することができる。
このようにして、油圧ダンパ３に対して電磁リニアモータ２Ａをその軸方向に移動することを規制して径方向（油圧ダンパ３、電磁リニアモータ２Ａの軸に対する径方向）にのみ移動許容するようになっている。
【００２１】
油圧ダンパ３が揺動していて油圧ダンパ３の軸方向中心線と電磁リニアモータ２Ａの軸方向中心線が傾斜していても、電磁リニアモータ２Ａのアウターヨーク１６Ａに対して発生するセンターヨーク１７Ａの推進力は、センターヨーク側ピン４５、第１ドライメタル５１、リング４６、第２ドライメタル及びアウターチューブ側ピン５３を介してアウターチューブ５に伝達される。この場合、伝達される力は傾斜角が大きくなるにつれて小さくなる。
【００２２】
この第１実施の形態によれば、アッパーマウント１１に電磁リニアモータ２Ａのアウターヨーク１６Ａが直接に結合されており、電磁リニアモータ２Ａの推進力及び減衰力の車体１０（ばね上部材）側への伝達が直接に行なわれる。このため、高周波数域の推進力及び減衰力を効率よくかつ精確に車体１０（ばね上部材）側へ伝達することができ、これに伴い振動抑制性能が向上する。
また、アウターヨーク１６Ａは車体１０（ばね上部材）に直接的に固定されており、ばね下の質量変化が小さいので、振動抑制が難しいばね下の振動伝達特性を悪化させることがない。また、アウターヨーク１６Ａにコイル１５を設け、アウターヨーク１６Ａを車体１０（ばね上部材）に固定したことから、ケーブル１９を車体１０側に固定できる。このため、ケーブル１９を金属などの保護部材で覆うことができ、ケーブル１９の耐久性及び安全性の向上を図ることができる。
【００２３】
さらに、アウターヨーク１６Ａが外気に触れて、コイル１５を効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流をコイル１５に流せることになる。このため、電磁リニアモータ２Ａの推進力を大幅に増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体１０の姿勢変化の抑制を向上することができる。
また、油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２Ａの直接的な接触が抑えられているので、電磁リニアモータ２Ａの発生する熱が油圧ダンパ３に伝わりにくくなる。このため、油圧ダンパ３は、正規の減衰力特性を発揮することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂを図３に基づいて説明する。なお、前記第１実施の形態と同等の部分は同一の符号で示し、適宜その説明は省略する。
第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂは、前記第１実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ａに比して、エアばね装置４Ｂ（気体ばね装置）を備えたこと、センターヨーク１７Ａの下端側の外周部にエアばね装置４Ｂのシート部材３２の一端側が保持されるように複数条の溝からなるセンターヨーク側シート部材結合部６０を設けたことが主に異なっている。
【００２５】
エアばね装置４Ｂは、先端側がばね上側に延びるようにして基端部がアウターチューブ５に気密状態で嵌合された略筒状の下部ケース６１を有している。下部ケース６１の先端側の外周部には、シート部材３２の他端側が保持されるように複数条の溝からなる下部ケース側シート部材結合部６２が設けられている。
シート部材３２は、可撓性材料からなり、その一端側が前記センターヨーク側シート部材結合部６０に気密状態で結合され、かつその他端側が下部ケース側シート部材結合部６２に気密状態で結合されている。また、エアばね装置４Ｂは、環状のシート部材押え６３を有し、センターヨーク側シート部材結合部６０に結合されたシート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ａ側に向けて押さえるようにし、より気密性を確保するようにしている。
【００２６】
エアばね装置４Ｂは、シート部材３２が、下部ケース６１、電磁リニアモータ２Ａ（アウタ−ヨーク、センターヨーク１７Ａ及びインナーガイドパイプ３７）、アッパーマウント１１、ゴムブシュ９、筒状体３６及び各シール部材（アウターヨーク側ドライメタル３８及びセンターヨーク側シール部材３９）等と共に、内側に密閉空間（以下、空気室という。）３１Ｂを形成し、この空気室３１Ｂに封入された圧縮空気（気体）によりばね作用を発生させるようにしている。空気室３１Ｂには、図示しない空気圧縮機が図示しない電磁弁を介して接続されており、前記電磁弁により空気室３１Ｂ内に吸気したり、空気室３１Ｂ内の空気を外部に排出したりすることで空気室３１Ｂ内の空気圧力などが調整されるようにしている。
なお、後述する第３、第４実施の形態にも図示しない空気圧縮機及び電磁弁が設けられている。
【００２７】
この第２実施の形態によれば、油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２Ａに加えて、エアばね装置４Ｂによる振動絶縁、車体１０の姿勢変化の抑制を行なうので、振動絶縁、車体姿勢変化の抑制等のサスペンション装置の基本性能が向上する。
また、エアばね装置４Ｂを設けているが、アウターヨーク１６Ａはエアばね装置４Ｂに影響されずに外気に触れているので、コイル１５を効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流をコイル１５に流せることになる。このため、電磁リニアモータ２Ａの推進力を大幅に増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体１０の姿勢変化の抑制をより進めることができる。
さらに、油圧ダンパ３及び電磁リニアモータ２Ａの直接的な接触が抑えられているので、電磁リニアモータ２Ａの発生する熱が油圧ダンパ３に伝わりにくくなる。このため、油圧ダンパ３は、正規の減衰力特性を発揮することができる。
【００２８】
次に、本発明の第３実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｃを図４に基づいて説明する。なお、前記第１、第２実施の形態と同等の部分は同一の符号で示し、適宜その説明は省略する。
第３実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｃは、前記第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂ（図３）に比して、シート部材押え６３を廃止したこと、図３のセンターヨーク１７Ａに代えて、下端側を延ばして軸方向の長さを図３のセンターヨーク１７Ａより長くしたセンターヨーク１７Ｃを用いたこと、シート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ｃの内側に固定するようにしたこと、空気室３１Ｂ内に配置された自在継手機構３５をシート部材３２の他端側の下側（空気室３１Ｂ外）に設けたことが主に異なっている。
【００２９】
この電磁サスペンション装置１Ｃでは、シート部材３２が、センターヨーク１７Ｃ、下部ケース６１及び自在継手機構３５（リング４６）で囲まれた空間６４内で伸縮する。
そして、この電磁サスペンション装置１Ｃでは、センターヨーク１７Ｃの長さを長く形成したので、これに伴い永久磁石１８を軸方向に長く配置することができ、振動絶縁、車体１０の姿勢変化を抑制する上で、大きな振動及び大きな姿勢変化にも確実に対処することができ、抑制範囲の拡大を図ることができる。
【００３０】
次に、本発明の第４実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｄを図５に基づいて説明する。なお、前記第２実施の形態と同等の部分は同一の符号で示し、適宜その説明は省略する。
第４実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｄは、前記第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂ（図３）がシート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ａの下端側に保持したのに比して、アウターヨーク１６Ａの下端側に保持したことが大きく異なっている。
【００３１】
図５において、アウターヨーク１６Ａの下端側の外周部には、エアばね装置４Ｂのシート部材３２の一端側が保持されるように複数条の溝からなるアウターヨーク側シート部材結合部７０が設けられている。また、アウターチューブ５には、環状体７１が気密状態で嵌合されている。環状体７１の外周部には、シート部材３２の他端側が保持されるように複数条の溝からなる環状体側シート部材結合部７２が設けられている。
可撓性材料からなるシート部材３２の一端側が前記アウターヨーク側シート部材結合部７０に気密状態で結合され、かつその他端側が環状体側シート部材結合部７２に気密状態で結合されている。また、エアばね装置４Ｂは、環状のシート部材押え６３を有し、アウターヨーク側シート部材結合部７０に結合されたシート部材３２の一端側をセンターヨーク１７Ａ側に向けて押さえるようにし、より気密性を確保するようにしている。
【００３２】
なお、上記各実施の形態では、自在継手機構としてピン４５、リング４６、孔４７〜５０、ドライメタル５１及び５２よりなる自在継手機構３５を採用したものを示したが、別段これに限らず、本発明における自在継手機構としては、図７に示すような自在継手機構２００でも構わない。
この自在継手２００は、油圧ダンパ１００の外周に一体的に形成されたケース１００ａ内に嵌挿された環状のゴムブッシュ１０２と、このゴムブッシュ１０２の内部に固着して設けられ、中間部分が大径部１０１ａとなったピン１０１ｂと、ピン１０１ｂと一体となったセンターヨーク１０１とから大略構成されている。
このように構成された自在継手機構２００は、油圧ダンパ１００に対するセンターヨーク１０１の径方向に対する移動をスムーズにし、一方、大径部１０１ａとケース１００ａとの間のゴムブッシュ１０２の厚さが薄肉となっているので、軸方向に対する移動を実質的に規制することができる（径方向にのみ移動を許容）。
この自在継手２００によれば、上記各実施の形態における自在継手機構３５で必要とする、ピン４５、リング４６、孔４７〜５０、ドライメタル５１及び５２を必要とせず、構成を簡略化でき、ひいては大幅なコストダウンを実現できる。また、上記第２〜第４の実施の形態では、空気室３１Ｂに図示しない空気圧縮機を接続し、空気室３１Ｂ内に圧縮空気を封入した場合を例にしたが、ばね装置が別個にある場合には、空気室３１Ｂに圧縮空気を入れずにシート部材３２を防塵カバーとしてのみ機能させるようにしてもよい。
【００３３】
上記各実施の形態では、電磁サスペンション装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを自動車に用いた（制御対象を車両とした）場合を例にしたが、これに限らず制御対象を鉄道車両など他の車両や構造物及び建築物などに用いるようにしてもよい。また、上記各実施の形態では、本発明における相対変位部材として、油圧ダンパであるものを示したが、別段これに限らず、内部に油液を給排することで伸縮可能な油圧シリンダ等、ばね上部材とばね下部材の相対変位に応じて相対変位するものであれば良い。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明に係る電磁サスペンション装置によれば、一端が車両のばね上部材に弾性体を介して接続されると共に、他端が車両のばね下部材に接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に応じて相対変位する相対変位部材と、該相対変位部材を包囲し、一端が前記ばね上部材に直接接続されると共に、他端が前記相対変位部材の他端側に対して径方向にのみ移動を許容する自在継手機構を介して接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に対して推進力または減衰力発生する電磁リニアモータと、を備え、ばね上部材と電磁リニアモータとが直接的に結合されており、電磁リニアモータの推進力及び減衰力のばね上部材への伝達が直接に行なわれるので、高周波数域の推進力及び減衰力を効率よくばね上部材側へ伝達することができ、これに伴い振動抑制性能が向上する。
さらに、電磁リニアモータが外気に触れて、効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流を流せることになるので、電磁リニアモータの推進力を増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体姿勢変化の抑制を向上することができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明に係る電磁サスペンション装置によれば、アウターヨークが外気に触れるので、電磁リニアモータがエアばね装置に囲まれる従来技術に比してコイルまたは永久磁石を効率よく冷却することが可能であり、その分、大きな電流をコイルに流せることになる。このため、電磁リニアモータの推進力を大幅に増加することができ、これに伴い振動絶縁、車体姿勢変化の抑制を向上させることができる。
請求項３に記載の発明に係る電磁サスペンション装置によれば、空気室に空気を封入してばね作用を発生させることが可能であり、これにより、相対変位部材及び電磁リニアモータに加えて、空気室による振動絶縁、車体姿勢変化の抑制を行なうので、振動絶縁、車体姿勢変化の抑制等の電磁サスペンション装置の基本性能が向上する。
【００３６】
さらに、相対変位部材及び電磁リニアモータの直接的な接触が抑えられているので、電磁リニアモータの発生する熱が相対変位部材に伝わりにくくなる。このため、相対変位部材は、正規の減衰力特性を発揮することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視に沿う断面図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図６】従来の電磁サスペンション装置の一例を示す断面図である。
【図７】本発明における自在継手機構の変形例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電磁サスペンション装置
２ 電磁リニアモータ
３ 油圧ダンパ（相対変位部材）
４ エアばね装置（気体ばね装置）
７ シリンダ
９ ゴムブッシュ（弾性部材）
１０ 車体（ばね上部材）
１５ コイル（コイル部材）
１６Ａ アウターヨーク
１７Ａ，１７Ｃ センターヨーク
１８ 永久磁石（磁石部材）
３１Ｂ 空気室
３５，２００ 自在継手機構
Claims (3)
- 一端が車両のばね上部材に弾性体を介して接続されると共に、他端が車両のばね下部材に接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に応じて相対変位する相対変位部材と、該相対変位部材を包囲し、一端が前記ばね上部材に直接接続されると共に、他端が前記相対変位部材の他端側に対して径方向にのみ移動を許容する自在継手機構を介して接続され、前記ばね上部材とばね下部材の相対変位に対して推進力または減衰力発生する電磁リニアモータと、を備えたことを特徴とする電磁サスペンション装置。
- 前記電磁リニアモータは、筒状のアウターヨークと、該アウターヨークに対して進退可能に設けられた筒状のセンターヨークとを備え、前記アウターヨーク及び前記センターヨークのうち一方にコイル部材を、他方に磁石部材を設け、前記コイル部材への通電により前記磁石部材との間に生じる電磁力によって推進力を得、前記コイル部材及び前記磁石部材の相対変位により前記コイル部材に生じる起電力によって減衰力を得るように構成したことを特徴とする請求項１記載の電磁サスペンション装置。
- 上端が前記センターヨークまたは前記アウターヨークに保持されると共に、下端が前記相対変位部材の他端側に保持され、前記電磁リニアモータと共に内側に空気室を形成する可撓性材料からなるシート部材を設けたことを特徴とする請求項２記載の電磁サスペンション装置。
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