JP5263618B2 - 電磁サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁サスペンション装置に関する。

従来、電磁サスペンション装置の一例として、相対移動可能に設けた固定子及び可動子と、衝撃吸収部材（バンプストッパ）とを備えた装置がある（特許文献１参照）。

特開２００２−２５７１８９号公報

ところで、電磁サスペンション装置では、固定子及び可動子ひいては装置の縮み切りの際、衝撃吸収部及びその周囲部材により形成される密閉空間内の圧縮空気により衝撃吸収部材に大きな力が作用することがあり、その抑制を図ることが望まれている。
本発明は、縮み切りの際に衝撃吸収部材に作用する力の抑制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。

請求項１記載の発明に係る電磁サスペンション装置は、筒状の固定子と、前記固定子の内周面に配置された固定子磁力部材と、前記固定子の内側に配置されて、最接近位置と最離間位置との間で前記固定子に対して直線方向に相対移動する筒状の可動子と、前記固定子磁力部材に対向するように前記可動子の外周面に配置された可動子磁力部材と、前記可動子の内周面に配置された軸受と、前記軸受に摺動可能に支持されるとともに、一端が前記固定子に連結され、他端が前記可動子の内側に配置されたロッドと、前記ロッドの一端側の外側に配置され、前記最接近位置で前記可動子の端部に当接して衝撃を吸収する筒状の衝撃吸収部材とからなり、前記最接近位置で前記衝撃吸収部材と前記ロッドと前記可動子の端部と前記軸受とで形成される空間を前記可動子内を介して外部に連通する連通路を設けたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、縮み切りの際に衝撃吸収部材に作用する力の抑制を図ることができる。

本発明の第１実施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。 縮み切った状態における図１の電磁サスペンション装置を示す断面図である。 図２の電磁サスペンション装置のバンプラバー及び軸受並びにその近傍部分を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態を、図３に対応して示す断面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態を、図３に対応して示す断面図である。 図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第４実施形態を、図３に対応して示す断面図である。 図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第５実施形態を、図３に対応して示す断面図である。 図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第６実施形態を、図３に対応して示す断面図である。

以下、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図１ないし図４に基づいて説明する。
図１、図２において、本実施の形態に係る電磁サスペンション装置１は、電磁緩衝器３を用いて構成されている。電磁緩衝器３は、内周側に固定子磁力部材としての電機子コイル（以下、単にコイル５という。）が配置された有底円筒状の固定子７と、固定子７の内側に配置されて、最接近位置と最離間位置との間で固定子７に対して直線方向に相対移動する有底円筒状の可動子９と、を備えている。電磁サスペンション装置１は、さらに、コイル５への通電を制御することにより固定子７及び可動子９の相対移動（ひいては電磁緩衝器３の作動）を制御する図示しない制御手段を備えている。固定子７は、先端側部分（以下、適宜、固定子先端側部分１１という。）が、底部側部分（以下、適宜、固定子底部側部分１３という。）に比して厚肉とされている。固定子先端側部分１１は、その内周側に前記コイル５を配置しており、コイル５と共に電機子１５を構成している。

可動子９は、その外周側にコイル５に対向するようにして可動子磁力部材としての永久磁石１６を配置している。可動子９の先端側部分（以下、可動子先端側部分１７という。）の内周側には、図３及び図４に示すように、内方に突出する環状凸部１９が形成されている。環状凸部１９には、後述する軸受２１が配置される環状凹部２３が、可動子９の先端側及びその反対側に、夫々壁部（以下、環状凹部形成第１、第２壁部２５，２７という。）を残して形成されている。可動子９の底部側部分には外方と内方とを連通する孔（以下、可動子孔２９という。）が形成されている。

電磁緩衝器３は、固定子７の底部（以下、固定子底部３１という。）を図示しない自動車や鉄道の車体（ばね上）に固定し、可動子９の底部（以下、可動子底部３３という。）を車軸または台車（ばね下）に固定して、ばね上及びばね下間に介在されている。
電磁緩衝器３は、可動子９と共に二重筒状をなすように可動子底部３３から延びる外筒３５を備えている。なお、外筒３５には、ばね上及びばね下間に介在される図示しないばねに対するばね受けを設けてもよい。

電磁緩衝器３は、さらに、一端が固定子底部３１に連結され、他端が可動子９の内側に配置された中空のロッド３７を備えている。ロッド３７には、電機子１５と可動子９の位置関係を測定する位置センサ３９が内蔵されている。位置センサ３９は、ロッド３７の中空部分に収められ、ホール素子が内部に設けられた筒状の位置センサ本体３９Aと、下端が可動子底部３３に固定され、位置センサ本体３９Aから伸縮可能に延びるロッド部３９Bとから構成される（図中位置センサ本体３９Aは、外観図となっている）。なお、位置センサ３９は無くてもよい。
そして、電機子１５のコイル５から発生した磁界を追従するように可動子９がロッド３７上を摺動することで、固定子７及び可動子９は相対移動する（換言すれば、電磁緩衝器３は伸縮する）ようになっている。
可動子９とロッド３７との間になるように可動子９の環状凹部２３には前記可動子９のロッド３７上の摺動（直線方向の移動）をスムーズに行う目的で前記軸受２１が配置されている。軸受２１は、略環状をなし、その内周側には、溝（以下、軸受溝４１という。）が形成されている。軸受溝４１は、ロッド３７と可動子９の間に形成されている空間（以下、ロッド・可動子間空間４３という。）に連通されている。本実施形態では、軸受溝４１が連通路を構成している。

前記ロッド３７の一端側の外側には、前記最接近位置で可動子９の端部に当接して衝撃を吸収する衝撃吸収部材としてのバンプラバー４５が配置されている。
バンプラバー４５は、ロッド３７を通すための孔（以下、バンプラバー底部孔４７という。）が形成された所定厚さの円板状の底部（以下、バンプラバー底部４９という。）と、バンプラバー底部４９から立ち上がるように設けられ内側にロッド３７を通すようにした略円筒状のバンプラバー４５本体部５１と、を備え、全体として略筒状をなしている。ロッド３７が通されたバンプラバー４５は、ロッド３７が上述したように固定子底部３１に連結されることにより、バンプラバー底部４９のバンプラバー本体部５１と反対側（図１上側、図３左側）の面部が、固定子底部３１に接触し、バンプラバー底部４９の外周面が、固定子底部側部分１３の内周面に接触した状態になっている。

本実施形態では、可動子９及び固定子７が相対的に縮み、その縮み作動が進んで、図２に示すように、可動子９の先端部がバンプラバー４５に当って可動子９の縮み作動が停止されることになる。また、本実施形態では、上述した、可動子９の先端部（可動子先端側部分１７の端部）がバンプラバー４５に当って可動子９の縮み作動が停止される位置が、ストロークが縮み切った位置（以下、単に縮み切り位置ともいう。最接近位置に相当する。）を構成している。

また、本実施形態では、上述した、可動子９及び固定子７が相対的に伸び、環状凹部形成第２壁部２７がゴム製のリバウンドストッパ１００に当って可動子９の伸び作動が停止される位置が、ストロークが伸び切った位置（以下、単に伸びきり位置ともいう。最離間位置に相当する。）を構成している。

上述したように構成された電磁サスペンション装置１では、可動子９が固定子７に対してストロークの縮み切り位置にある場合（換言すれば、電磁緩衝器３が縮み切り状態にある場合）、バンプラバー４５は可動子９から力を受け、図１の場合に比して、大きく縮んだ状態になっている。このとき、バンプラバー４５及びロッド３７間の空間の容積は大きく減少する。一方、電磁緩衝器３の内部の空気は外筒３５に設けた空気孔５３を通して外部に放出される。

また、バンプラバー４５及びロッド３７（電磁緩衝器３）が縮み切った際の、バンプラバー４５（衝撃吸収部材）とロッド３７と可動子９の端部と軸受２１とで形成される空間（以下、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５という。）の容積変化に伴って圧縮された空気は、軸受２１に形成した軸受溝４１からロッド・可動子間空間４３、可動子孔２９及び空気孔５３を通り、外部に容易に排出される。換言すれば、軸受溝４１を設けたことにより、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の空気の逃げ道が形成され、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５からロッド・可動子間空間４３への空気移動がスムーズに行われる。このため、軸受溝４１を設けていない場合に、電磁緩衝器の縮み切り時に起こり得る、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の内圧上昇を、迅速かつ確実に抑制できる。

さらに、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の内圧上昇を抑制できることに伴い、バンプラバー４５に作用する力が小さくなり、バンプラバー４５の長寿命化を図ることができる。また、バンプラバー４５に作用する力が小さくなることに伴い、バンプラバー４５として耐力が低いものを採用することが可能となり、バンプラバー４５の選択範囲が広くなると共に、装置の低廉化を図ることができる。

上記第１実施形態では、固定子７の内周側に固定子磁力部材としてのコイル５を設け、可動子９の外周側に可動子磁力部材としての永久磁石１６を配置した場合を例にしたが、これに代えて、固定子７の内周側に固定子磁力部材としての永久磁石を設け、可動子９の外周側に可動子磁力部材としてのコイルを配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、可動子９の外周側に可動子磁力部材としての永久磁石１６を配置した場合を例にしたが、これに代えて、可動子９の外周側に可動子磁力部材としてのコイルを配置するようにしてもよい（なお、この場合、固定子７の内周側には固定子磁力部材としてのコイル５を設ける。）。
また、上記第１実施形態では、固定子７及び可動子９が円筒状である場合を例にしたが、これに限らず、筒状であれば方形や楕円などの他の形状であっても良い。

上記第１実施形態では、内周側に軸受溝４１（連通路）を形成した略環状の軸受２１を用いた場合を例にしたが、これに代えて、図５及び図６に示すように、２個の略円弧状の部材（以下、軸受構成体６１という。）を組付けて構成される軸受（以下、分割型軸受２１Ａという。）を有する電磁緩衝器３Ａを用いて電磁サスペンション装置１Ａ（第２実施形態）を構成しても良い。
この第２実施形態では、２個の軸受構成体６１は、間に隙間（以下、軸受構成体間隙間６３という。）を空けて略環状になるようにして分割型軸受２１Ａとして組み付けられている。この第２実施形態では、軸受構成体間隙間６３が連通路を構成する。

この第２実施形態では、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の空気は、軸受構成体間隙間６３からロッド・可動子間空間４３ひいては外部に容易に排出され、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の内圧上昇を抑制できる。
この第２実施形態では、軸受２１として、２個の軸受構成体６１の組付により得られる分割型軸受２１Ａを用いた場合を例にしたが、これに限らず、３個以上の軸受構成体６１からなる分割型軸受を用いるようにしてもよい。

上記第１実施形態では、内周側に軸受溝４１（連通路）を形成した略環状の軸受２１を用いた場合を例にしたが、これに代えて、図７及び図８に示すように、外周側に２箇所、平坦面６７を形成した軸受（以下、平坦面形成軸受２１Ｂという。）を有する電磁緩衝器３Ｂを用いて電磁サスペンション装置１Ｂ（第３実施形態）を構成しても良い。
第３実施形態に係る電磁サスペンション装置１Ｂが用いる平坦面形成軸受２１Ｂの平坦面６７は、当該軸受２１Ｂの端面（図７左右側の端面）まで延びている。また、平坦面形成軸受２１Ｂは、その両端面の夫々と環状凹部形成第１、第２壁部２５，２７の夫々との間に隙間（以下、軸受・壁部間空間６９という。）を形成して、環状凹部２３に配置されている。
平坦面形成軸受２１Ｂは、平坦面６７を形成したことにより、可動子９における環状凹部２３の底部（以下、環状凹部底部７１という。）との間に隙間（以下、軸受外周側空間７３という。）が形成されている。軸受外周側空間７３は、軸受・壁部間空間６９を介してロッド・可動子間空間４３ひいては外部に連通している。

この第３実施形態では、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の空気は、軸受・壁部間空間６９及び軸受外周側空間７３から、ロッド・可動子間空間４３ひいては外部に容易に排出され、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の内圧上昇を抑制できる。
第３実施形態では、平坦面６７を２箇所形成しているが、これに限らず、１箇所、又は３箇所以上に平坦面６７を形成しても良い。
また、第３実施形態では、軸受外周側空間７３（連通路）の形成のために、軸受２１の外周側に平坦面６７を形成するようにしているが、平坦面６７に代えて、溝を形成するように構成してもよい。

上記第１〜３実施形態では、軸受２１に連通路を形成する場合を例にしたが、これに限らず可動子９に連通路を設けるようにしてもよい。この一例（第４実施形態）を、図９及び図１０に示す。第４実施形態に係る電磁サスペンション装置１Ｃの電磁緩衝器３Ｃでは、図９及び図１０に示すように、可動子９の先端側に連通路としての孔（以下、可動子空気抜き孔７５という。）を形成している。
可動子空気抜き孔７５は、可動子９における軸受２１の形成部分に、可動子９の軸線を中心にして対向するように２本形成されている。
可動子空気抜き孔７５は、一端側が可動子９の先端面に開口し、他端側が、可動子９の軸線に沿って環状凹部形成第２壁部２７まで延びて、可動子９の内方に屈曲し、ロッド・可動子間空間４３に臨んで開口する通路（以下、可動子空気抜き孔第１通路７７という。）と、一端側が、環状凹部形成第１壁部２５においてロッド・可動子間空間４３に臨んで開口し、他端が可動子空気抜き孔第１通路７７に接続された通路（以下、可動子空気抜き孔第２通路７９という。）と、からなっている。

この第４実施形態では、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の空気は、可動子空気抜き孔７５から、ロッド・可動子間空間４３ひいては外部に容易に排出され、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の内圧上昇を抑制できる。
第４実施形態では、可動子空気抜き孔７５を２本形成した場合を例にしたが、これに限らず、１本、又は３本以上、形成しても良い。

また、連通路をロッド３７に形成して電磁サスペンション装置を構成しても良い。この一例の電磁サスペンション装置（第５実施形態）を、図１１及び図１２に示す。第５実施形態に係る電磁サスペンション装置１Ｄの電磁緩衝器３Ｄでは、図１１及び図１２に示すように、ロッド３７の一端側の最接近位置において軸受２１に臨む部分（以下、ロッド軸受対応部分８１という。）の外周側に連通路としての溝（以下、ロッド空気抜き溝８３という。）を形成している。ロッド空気抜き溝８３は、ロッド３７の軸線を間にして２条、形成されている。
ロッド空気抜き溝８３は、その長さ寸法が、環状凹部形成第１、第２壁部２５，２７間の長さ寸法より大きい値に設定されており、最接近位置において、一端がバンプラバー４５に臨み、他端が環状凹部形成第２壁部２７に臨むように配置される。

この第５実施形態では、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の空気は、ロッド空気抜き溝８３から、ロッド・可動子間空間４３ひいては外部に容易に排出され、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の内圧上昇を抑制できる。
第５実施形態では、ロッド空気抜き溝８３を２条形成した場合を例にしたが、これに限らず、１条、又は３条以上、形成しても良い。

また、連通路をバンプラバー４５に形成して電磁サスペンション装置を構成しても良い。この一例の電磁サスペンション装置（第６実施形態）を、図１３に示す。第５実施形態に係る電磁サスペンション装置１Ｅの電磁緩衝器３Ｅでは、図１３に示すように、バンプラバー４５に連通路としての一つの通路（以下、バンプラバー通路８７という。）を形成している。
バンプラバー通路８７は、大略、屈曲して連通された３つの溝（以下、バンプラバー第１、第２、第３溝という。）８９，９１，９３から構成されている。
バンプラバー第１溝８９は、バンプラバー底部４９の固定子底部３１との接触面側に内周側から外周側まで径方向に延びて形成されている。
バンプラバー第２溝９１は、一端がバンプラバー第１溝８９に連接され、他端側がバンプラバー底部４９の外周面に、バンプラバー４５の高さ方向（図１３の左右方向）に延びて形成されている。
バンプラバー第３溝９３は、バンプラバー第１溝８９に一端が連接され、他端側がバンプラバー底部４９の内側（バンプラバー底部孔４７）にバンプラバー４５の高さ方向に延びて形成されている。
バンプラバー第３溝９３の他端は、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５に臨んでいる。

この第６実施形態では、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の空気は、バンプラバー通路８７から、固定子７と可動子９との間の空隙を通って外部に容易に排出され、バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間５５の内圧上昇を抑制できる。
第６実施形態では、バンプラバー通路８７を一つ、形成した場合を例にしたが、これに限らず、２つ以上、形成しても良い。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…電磁サスペンション装置、２１…軸受、２１Ａ…分割型軸受、２１Ｂ…平坦面形成軸受、５…コイル（固定子磁力部材）、６…固定子、９…可動子、１６…永久磁石（可動子磁力部材）、３７…ロッド、４１…軸受溝（連通路）、４５…バンプラバー（衝撃吸収部材）、５５…バンプラバー・ロッド・可動子・軸受間空間（最接近位置で衝撃吸収部材とロッドと可動子の端部と軸受とで形成される空間）。

Claims (1)

1. 筒状の固定子と、
   前記固定子の内周面に配置された固定子磁力部材と、
   前記固定子の内側に配置されて、最接近位置と最離間位置との間で前記固定子に対して直線方向に相対移動する筒状の可動子と、
   前記固定子磁力部材に対向するように前記可動子の外周面に配置された可動子磁力部材と、
   前記可動子の内周面に配置された軸受と、
   前記軸受に摺動可能に支持されるとともに、一端が前記固定子に連結され、他端が前記可動子の内側に配置されたロッドと、
   前記ロッドの一端側の外側に配置され、前記最接近位置で前記可動子の端部に当接して衝撃を吸収する筒状の衝撃吸収部材とからなり、
   前記最接近位置で前記衝撃吸収部材と前記ロッドと前記可動子の端部と前記軸受とで形成される空間を前記可動子内を介して外部に連通する連通路を設けたことを特徴とする電磁サスペンション装置。

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