JP7217350B2 - 電動リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車、鉄道車両等の車両の振動を緩衝する電動リニアアクチュエータに関する。

一般に、自動車、鉄道車両等の車両には、車体側（ばね上）と車軸（台車、車輪）側（ばね下）との間に緩衝器が設けられている。このような緩衝器として、互いに相対直線運動可能に支持された電機子（コイル）と永久磁石とを備えた電動リニアアクチュエータ（リニアモータ）が知られている。ここで、特許文献１には、伸縮時の空気抵抗を低減するために、体積変化する空気室間に別途通路（連通溝）を設けることにより、空気の移動を可能としたリニアアクチュエータが記載されている。一方、特許文献２には、空気ばねの内部の空気を一方向に循環させることにより、電磁ダンパのコイルを冷却可能とした電磁サスペンション装置が記載されている。

特開２０１４－００３８２４号公報 特開２００２－２５７１８９号公報

電動リニアアクチュエータは、作動時（伸縮時、ストローク時）の空気によるダンピング、即ち、内部の空気室の体積変化に伴う空気ばね力を低減できることが好ましい。これに加えて、電機子（コイル）の温度上昇を抑制すべく、電機子（コイル）を冷却できることが好ましい。

本発明の目的は、空気ばね力を低減でき、かつ、電機子の冷却性を向上できる電動リニアアクチュエータを提供することにある。

本発明の一実施形態は、相対移動する２部材間に取り付けられて制御力を発生させる電動リニアアクチュエータであって、該電動リニアアクチュエータは、一端部に底部を有し、該一端部が前記２部材間のうちの一方に取り付けられ、軸方向に延びる有底筒状の第１シリンダと、前記第１シリンダの軸方向に延び、前記第１シリンダの径方向内側に位置し、他端部が前記２部材間のうちの他方に取り付けられ、両端部が閉塞された筒状の第２シリンダと、前記第１シリンダの他端部に設けられ、前記第２シリンダの外周面と摺動し、前記第２シリンダの外周と外部とを仕切る仕切部材と、前記第１シリンダの内周面に、前記第１シリンダの軸方向に延びて環状に形成される複数の永久磁石と、前記第２シリンダの一端部に設けられた電機子と、一端部が前記第１シリンダの底部に取り付けられ、他端部が前記電機子の内周部を介して前記第２シリンダ内に延びるロッドと、前記電機子側に固定され、前記ロッドと摺動するガイド部と、前記第２シリンダ内部に配置され、前記第２シリンダの他端部に固定され、一端部が前記電機子まで延び、前記ロッドが挿入される第３シリンダと、を備え、前記第２シリンダには、一端側に位置して前記第１シリンダ内と前記第２シリンダ内とを連通する第１連通孔が形成され、前記第３シリンダには、前記第３シリンダ内と前記第２シリンダ内との間を連通する第２連通孔が形成され、前記第２連通孔は、前記第３シリンダと前記ロッドとが相対的に最小長位置のときに該ロッドの他端部よりも他端側に位置するよう形成されている。

本発明の一実施形態によれば、空気ばね力を低減でき、かつ、電機子の冷却性を向上できる。

実施形態による電動リニアアクチュエータが搭載された鉄道車両を概略的に示す側面図である。 図１中の車体、インバータ、電動リニアアクチュエータ、加速度センサ等の位置関係を概略的に示す平面図である。 第１の実施形態による電動リニアアクチュエータを縮小状態で示す縦断面図である。 図３の電動リニアアクチュエータを伸長状態で示す縦断面図である。 第２の実施形態による電動リニアアクチュエータを縮小状態で示す縦断面図である。 図５の電動リニアアクチュエータを伸長状態で示す縦断面図である。 第３の実施形態による電動リニアアクチュエータを縮小状態で示す縦断面図である。 図７の電動リニアアクチュエータを伸長状態で示す縦断面図である。 第４の実施形態による電動リニアアクチュエータを縮小状態で示す縦断面図である。 図９の電動リニアアクチュエータを伸長状態で示す縦断面図である。 第５の実施形態による電動リニアアクチュエータを縮小状態で示す縦断面図である。 図１１の電動リニアアクチュエータを伸長状態で示す縦断面図である。 第６の実施形態による電動リニアアクチュエータを伸長状態で示す縦断面図である。 第７の実施形態による電動リニアアクチュエータを伸長状態で示す縦断面図である。

以下、実施形態による電動リニアアクチュエータを、鉄道車両に搭載した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ説明する。

図１ないし図４は、第１の実施形態を示している。図１において、鉄道車両１（以下、車両１という）は、例えば乗客、乗務員等の乗員が乗車する車体２と、車体２の下側に設けられた前側の台車３Ａおよび後側の台車３Ｂとを備えている。なお、図１および図２では、図面が複雑になることを避けるため、１両の車両１、即ち、１両編成の列車を示している。しかし、一般的には、複数の車両１を連結した列車、即ち、複数の車両１により編成された列車で運行される。

台車３Ａ，３Ｂには、車軸５，５の長さ方向の両端側（即ち、車体２の幅方向の両端側）にそれぞれ車輪４，４を設けてなる輪軸６，６が、前後方向に離間してそれぞれ２個ずつ取付けられている。これにより、各台車３Ａ，３Ｂには、それぞれ４個の車輪４，４が設けられている。車両１は、各車輪４，４が左右のレールＲ（図１に一方のみ図示）上を回転することにより、レールＲに沿って走行する。

車両１の車体２と各台車３Ａ，３Ｂとの間には、それぞれの台車３Ａ，３Ｂ上で車体２を弾性的に支持する複数の空気ばね７Ａ－７Ｄと、各空気ばね７Ａ－７Ｄと並列関係をなすように配置された複数のアクチュエータ１１Ａ－１１Ｄとが設けられている。空気ばね７Ａ－７Ｄは、「枕ばね」または「懸架ばね」とも呼ばれ、「ばね上質量」となる車体２等と「ばね間質量」となる台車３Ａ，３Ｂ等との間に設けられる「二次ばね」に対応する。なお、「一次ばね」は、台車３Ａ，３Ｂに設けられる軸ばね、即ち、「ばね下質量」となる車輪４，４（輪軸６，６）と「ばね間質量」となる台車３Ａ，３Ｂの台車枠との間に設けられる軸ばねに対応する。空気ばね７Ａ－７Ｄは、各台車３Ａ，３Ｂの左右両側にそれぞれ１個ずつ設けられている。

アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄは、車両１の車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間に設けられた車体台車間アクチュエータであり、上下方向に調整可能な制御力を発生する。この場合、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄは、リニアアクチュエータ（電動リニアアクチュエータ）、例えば、三相リニアモータ等の電動リニアモータ（電磁アクチュエータ）により構成されている。アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄは、空気ばね７Ａ－７Ｄと共に、車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間で上下方向の振動を緩衝（減衰）する電動サスペンション（電磁サスペンション）を構成している。アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄは、１つの台車３Ａ，３Ｂ毎に左右方向に離間して２つ設けられている。

アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄは、車両１に対して上下方向に取付けられている。アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄは、前側の台車３Ａおよび後側の台車３Ｂに対する車体２の振動を、台車３Ａ，３Ｂ毎に左右方向でそれぞれ個別に緩衝して低減させるように、制御装置１４から個別に出力される指令信号に従って力を発生する。この場合、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄは、インバータ１２Ａ－１２Ｄを介して供給される電力によって力を発生する。インバータ１２Ａ－１２Ｄは、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄの電源回路である。

インバータ１２Ａ－１２Ｄは、電力線側が図示しない車両電力源（例えば、架線、発電機等からの電力供給源）に接続されると共に、動力線側がアクチュエータ１１Ａ－１１Ｄに接続されている。インバータ１２Ａ－１２Ｄは、例えばトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子を含んで構成され、各スイッチング素子は、制御装置１４からの指令信号に基づいて制御される。

インバータ１２Ａ－１２Ｄは、制御装置１４からの指令信号と車両電力源からの電力とに基づいて、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄを駆動する。即ち、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄの力行時は、車両電力源からインバータ１２Ａ－１２Ｄを経由して、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄに電力が供給される。このとき、インバータ１２Ａ－１２Ｄは、車両電力源から電力線を介して供給される電力から三相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の交流電力を生成し、動力線を介して各アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄの各コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ（図３および図４参照）に電力を供給する。

図２に示すように、車体２には、前後方向と左右方向に離間した４隅側の位置に、それぞれの位置で車体２の上下方向の加速度をばね上加速度として検出する加速度センサ１３Ａ－１３Ｄが設けられている。加速度センサ１３Ａ－１３Ｄは、車両１の異なる複数個所にそれぞれ搭載されて車両１の挙動（より具体的には、車体２の振動状態）を検出するセンサ（挙動センサ）である。各加速度センサ１３Ａ－１３Ｄは、制御装置１４に接続されている。各加速度センサ１３Ａ－１３Ｄは、それぞれの位置で検出した車体２の加速度の検出信号を制御装置１４に互いに異なる信号（車両挙動である車体２の振動の検出信号）として出力する。

制御装置１４は、各アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄが発生する力を可変に制御する。制御装置１４は、例えばマイクロコンピュータ等により構成されている。制御装置１４の入力側は、インバータ１２Ａ－１２Ｄ、加速度センサ１３Ａ－１３Ｄ等に接続されている。制御装置１４の出力側は、各インバータ１２Ａ－１２Ｄを介してアクチュエータ１１Ａ－１１Ｄに接続されている。

制御装置１４には、車両１の車両情報（例えば、車両の走行位置、走行速度等）が通信回線１５を介して入力される。制御装置１４は、例えば、加速度センサ１３Ａ－１３Ｄから得られる信号（加速度）と通信回線１５を介して得られる信号（車両情報）とに基づいて内部で演算（制御演算）を行い、各アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄ（具体的には、各インバータ１２Ａ－１２Ｄ）に指令信号を出力する。

この場合、制御装置１４は、車体２のロール（横揺れ）、ピッチ（前後方向の揺れ）等の振動を低減し乗り心地を向上すべく、サンプリング時間毎に加速度センサ１３Ａ－１３Ｄからの検出信号等を読込みつつ、例えばスカイフック理論（スカイフック制御則）に従って指令信号（制御指令の電流値）を演算する。この上で、制御装置１４は、指令信号をインバータ１２Ａ－１２Ｄに個別に出力し、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄ毎の発生力を可変に制御する。なお、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄの制御則としては、スカイフック制御則に限るものではなく、例えばＬＱＧ制御則またはＨ∞制御則等を用いる構成でもよい。

次に、アクチュエータ１１Ａ－１１Ｄ（以下、単にアクチュエータ１１ともいう）について、図３および図４を参照しつつ説明する。

アクチュエータ１１は、例えば車体２側に配置される固定子２１と、台車３Ａ，３Ｂ（車輪４）側に配置される可動子３４とを有している。アクチュエータ１１は、第１部材となる可動子３４に設けられた永久磁石４３と、第２部材となる固定子２１に設けられた電機子２９のコイル部材３１とにより三相リニアモータ（三相リニア同期モータ）を構成している。より具体的には、アクチュエータ１１は、相対変位可能な同軸状の内筒（変位部材）と外筒（変位部材）とからなる筒状リニア電磁式アクチュエータとして構成され、車体２（ばね上部材）と車輪４側の台車３Ａ，３Ｂ（ばね下部材）との間に介装されている。この場合、アクチュエータ１１は、内筒に対応する支持部材２２のミドルチューブ２３にコア３０を介して設けられた複数相のコイル群からなるコイル部材３１（コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）と、外筒に対応するアウタチューブ３５に設けられコイル部材３１と対向する磁性部材としての永久磁石４３とを備えている。

アクチュエータ１１の固定子２１と可動子３４は、相対移動する２部材間（例えば、一方の部材となる台車３Ａ，３Ｂと他方の部材となる車体２との間）にそれぞれ取り付けられている。固定子２１と可動子３４は、車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間に直線状に互いに相対変位（相対移動）可能に配置され、ストローク方向となる軸方向、即ち、相対変位の方向である図３および図４の上下方向に推力を発生させる。本実施形態では、第１部材と第２部材とのうち、第１部材を可動子３４とし、第２部材を固定子２１とした場合を例示している。しかし、これに限らず、第１部材を固定子とし、第２部材を可動子としてもよい。また、以下の説明では、アクチュエータ１１の軸方向の一端側を下端側（図３および図４の下端側）とし、軸方向の他端側を上端側（図３および図４の上端側）とするが、アクチュエータ（電動リニアアクチュエータ）の軸方向の一端側を上端側とし、軸方向の他端側を下端側としてもよい。

固定子２１は、その下端側に電機子２９を有している。即ち、固定子２１は、支持部材２２と電機子２９とストロークセンサ３２とアウタシェル３３とを備えている。支持部材２２は、例えば軸方向に延びる筒状のミドルチューブ２３と、ミドルチューブ２３の径方向内側に配置されたインナチューブ２８とを含んで構成されている。第２シリンダとしてのミドルチューブ２３は、アウタチューブ３５の軸方向に延び、アウタチューブ３５の径方向内側に位置している。ミドルチューブ２３の一端部（図３および図４の下端部）には、電機子２９が設けられている。ミドルチューブ２３の他端部（図３および図４の上端部）は、車体２（２部材間のうちの他方）に取り付けられている。ミドルチューブ２３の両端部は、閉塞されている。即ち、ミドルチューブ２３の一端部となる下端部は、一端側閉塞部となる下端側閉塞部２４により閉塞されている。ミドルチューブ２３の他端部となる上端部は、他端側閉塞部となるアッパプレート２６により閉塞されている。

より具体的には、ミドルチューブ２３は、上下方向（軸方向）に延びる円筒状の筒部２５と、筒部２５の下端側を閉塞する下端側閉塞部２４と、筒部２５の上端側を閉塞するアッパプレート２６とを備えている。下端側閉塞部２４には、電機子２９が一体化（固定）するように設けられている。下端側閉塞部２４には、電機子２９の相対位置（即ち、アクチュエータ１１のストローク量）を検出するストロークセンサ３２が設けられている。アッパプレート２６は、円板状に形成され、アウタチューブ３５よりも大きな径寸法を有している。アッパプレート２６の外周縁には、全周にわたって下方に向けて延びる円筒状のアウタシェル３３が取付けられている。アッパプレート２６には、例えば車両１のばね上（例えば、車体２）に取付けられる取付アイ２７が設けられている。取付アイ２７は、アッパプレート２６を車両１のばね上部材（車体２側）に取付けるための取付部材である。アウタシェル３３は、アウタチューブ３５の上側ないし上半部およびミドルチューブ２３を覆っている。アッパプレート２６およびアウタシェル３３は、車両１の走行時に飛び石等からミドルチューブ２３およびアウタチューブ３５を保護する。

第３シリンダとしてのインナチューブ２８は、ミドルチューブ２３の内部に配置されている。より具体的には、インナチューブ２８は、ミドルチューブ２３内部に離間して配置されている。インナチューブ２８は、下端側が電機子２９（コア３０）の内周側を軸方向に延び、例えば嵌合、圧入等の手段を用いてコア３０の内側に固定されている。即ち、インナチューブ２８の一端部となる下端部２８Ａは、電機子２９まで延びており、電機子２９の内周側に位置している。インナチューブ２８の他端部となる上端部２８Ｂは、ミドルチューブ２３の上端部、即ち、アッパプレート２６に固定されている。換言すれば、インナチューブ２８の上端部２８Ｂは、アッパプレート２６の位置まで軸方向に延びており、アッパプレート２６により閉塞されている。インナチューブ２８には、ロッド３８が挿入されている。

電機子２９は、環状に形成されている。電機子２９の内周部（内周側の空間）は、ミドルチューブ２３の内部（内側の空間）と接続されている。電機子２９は、例えば磁性体からなる略筒状のコア３０と、該コア３０に設けられコイル部材３１を構成する複数のコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ（即ち、ｕ相コイル３１Ａ，ｖ相コイル３１Ｂ，ｗ相コイル３１Ｃ）とにより構成されている。なお、コイル部材３１（コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）の個数は、３個に限らず、例えば６個、９個、１２個等、設計仕様等に応じて適宜に変更することができる。

ストロークセンサ３２は、ミドルチューブ２３の下端側閉塞部２４に設けられている。ストロークセンサ３２は、アクチュエータ１１のストローク位置を検出する。即ち、ストロークセンサ３２は、電機子２９と可動子３４との間の絶対位置または相対位置を測定する。ストロークセンサ３２は、例えば、磁気抵抗の変化、ホール効果等を利用して磁界（磁場、磁束）、極性（磁極）を検出する磁気抵抗素子、ホール素子（ホールＩＣ）等の磁気センサにより構成することができる。ストロークセンサ３２は、ストロークセンサ３２に対して軸方向に変位する永久磁石４３の磁界、極性等を検出する。これにより、永久磁石４３の軸方向位置（ストローク位置）を演算することができ、この位置に応じてコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに必要な電流を供給できる。なお、ストロークセンサ３２は、磁気センサに限らず、レーザ変位計等、電機子２９と可動子３４との間の相対位置または絶対位置を測定することが可能な各種のストロークセンサ（変位センサ）を用いることができる。

可動子３４は、その下端側が台車３Ａ，３Ｂに接続されている。可動子３４には、可動子３４の軸方向に延びて環状に形成される複数の永久磁石４３からなる界磁が設けられている。可動子３４は、円筒状の部材となるアウタチューブ３５を有している。即ち、可動子３４は、電機子２９（コア３０およびコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）の外周側に配置されるヨーク（外筒）としてのアウタチューブ３５と、アウタチューブ３５の内側に位置して軸方向に延びるロッド３８と、アウタチューブ３５に設けられコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに対し径方向に隙間をもって対向する磁性部材としての複数の永久磁石４３とを備えている。なお、図面では複数の永久磁石４３を１個の磁石として表しているが、例えば、円環状の複数の永久磁石４３が軸方向に並んで設けられている。

第１シリンダとしてのアウタチューブ３５は、例えば、磁場の中に置くと磁路を形成する磁性材料を用いて形成されている。アウタチューブ３５は、磁性材料を用いることにより、アクチュエータ１１の磁気回路を形成すると共に、永久磁石４３の磁束を外部に漏らさないためのカバーとしての機能も有している。アウタチューブ３５は、有底筒状に形成され、軸方向に延びている。即ち、アウタチューブ３５は、一端部となる下端部に底部３７を有している。アウタチューブ３５の下端部は、台車３Ａ，３Ｂ（２部材間のうちの一方）に取り付けられる。アウタチューブ３５は、上下方向（軸方向）に延びる円筒状の筒部３６と、筒部３６の下端側を閉塞する底部３７と、筒部３６の上端側に設けられミドルチューブ２３に向かって径方向の内側へと延びた環状の仕切部材４２とを備えている。

筒部３６の径方向内側には、複数の永久磁石４３が軸方向に並んで配置されている。底部３７には、筒部３６の内側に位置して底部３７から電機子２９の内側を軸方向に延びるロッド３８が設けられている。底部３７には、ロッド３８とは軸方向の反対側に位置して取付アイ４１が設けられている。取付アイ４１は、アウタチューブ３５を車両１のばね下部材（台車３Ａ，３Ｂ側）に取付けるための取付部材である。

ロッド３８は、インナチューブ２８に挿入されている。ロッド３８は、インナチューブ２８内を、スリーブ、ブッシュ等の摺動部材からなる第１軸受３９を介して軸方向に相対変位可能に摺動する。ロッド３８は、一端部となる下端部３８Ａがアウタチューブ３５の底部３７に取り付けられている。また、ロッド３８は、他端部となる上端部３８Ｂが電機子２９の内周部（内周側の空間）を介してミドルチューブ２３内に延びている。第１軸受３９は、例えばコア３０の内周側に設けられている。即ち、第１軸受３９は、電機子２９側に固定されている。第１軸受３９は、ロッド３８と摺動する。第１軸受３９は、ロッド３８に対して電機子２９をガイド（案内）するガイド部に相当する。なお、ロッド３８は、アウタチューブ３５の底部３７に該アウタチューブ３５と一体に形成する構成や、アウタチューブ３５とは別体のロッド３８を底部３７にねじやボルト等を用いて固定する構成を採用することができる。

仕切部材４２は、アウタチューブ３５の一端部となる上端部に設けられている。仕切部材４２の内周面には、スリーブ、ブッシュ等の摺動部材からなりミドルチューブ２３の外周面２３Ａと摺接する第２軸受４０が設けられている。仕切部材４２と第２軸受４０は、ミドルチューブ２３を軸方向に摺動可能に支持するガイドを構成している。即ち、仕切部材４２は、第２軸受４０を介してミドルチューブ２３の外周面２３Ａと摺動する。仕切部材４２は、ミドルチューブ２３の外周と外部とを仕切っている。

界磁となる複数の永久磁石４３は、可動子３４に設けられている。即ち、アウタチューブ３５の内周面３５Ａ側には、磁場を生じさせる部材である磁性部材としての複数の円環状の永久磁石４３が軸方向に沿って並んで配置されている。即ち、複数の永久磁石４３は、アウタチューブ３５の内周面３５Ａに設けられている。複数の永久磁石４３は、アウタチューブ３５の軸方向に延びて環状に形成されている。この場合、軸方向に隣合う各永久磁石４３は、例えば互いに逆極性になっている。例えば、内周面側がＮ極で外周面側がＳ極の永久磁石の隣には、内周面側がＳ極で外周面側がＮ極の永久磁石が配置されている。

次に、アクチュエータ１１の空気室について説明する。

アクチュエータ１１は、大きく分けて３つの空気室、即ち、可変空気室Ａ、固定空気室Ｂおよび可変空気室Ｃを有している。可変空気室Ａ（以下、空気室Ａという）は、アウタチューブ３５とミドルチューブ２３との間の空間である。具体的には、空気室Ａは、アウタチューブ３５の内周と、ミドルチューブ２３、コア３０およびロッド３８の外周とにより構成された空間である。可変空気室Ｃ（以下、空気室Ｃという）は、インナチューブ２８内の空間である。具体的には、空気室Ｃは、インナチューブ２８の内周と、ロッド３８の外周とにより構成された空間（インナチューブ２８の内側でロッド３８が進入する空間）である。

これら２つの空気室Ａ，Ｃは、アクチュエータ１１の伸長、縮小に応じて体積が変化する。即ち、空気室Ａ，Ｃの体積は、図４に示すアクチュエータ１１の伸長時に増大し、図３に示すアクチュエータ１１の縮小時に減少する。この場合、空気室Ａの体積は、アクチュエータ１１が縮小するときに、図４に示す伸長状態から図３に示すようにミドルチューブ２３がアウタチューブ３５内に侵入する（挿入される）ことにより減少する。一方、空気室Ｃの体積は、アクチュエータ１１が縮小するときに、図４に示す伸長状態から図３に示すようにインナチューブ２８内にロッド３８が侵入する（挿入される）ことにより減少する。空気室Ａと空気室Ｃは、体積変化の割合や容積変化量がそれぞれ異なるが、体積が増大するか減少するかは、アクチュエータ１１のストローク（伸長、縮小）に連動して同様の傾向を示す。

一方、固定空気室Ｂ（以下、空気室Ｂという）は、ミドルチューブ２３とインナチューブ２８との間の空間である。具体的には、空気室Ｂは、ミドルチューブ２３の内周と、インナチューブ２８の外周とにより構成された空間である。この空気室Ｂは、アクチュエータ１１のストロークに拘わらず、常に一定の体積を有している。なお、空気室Ｂは、例えば、アクチュエータ１１のコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに接続されるケーブル（電力線）の配線経路として用いることができる。

ところで、図１および図２に示すように、鉄道車両用の制御サスペンションシステムの一例として、アクティブサスペンションシステムがある。アクティブサスペンションシステムは、車両１の台車３Ａ，３Ｂと車体２との間に二次ばねとなる空気ばね７Ａ－７Ｄ（以下、単に空気ばね７ともいう）と並列にアクチュエータ１１を配置することにより構成されている。制御サスペンションの一つであるアクティブサスペンションは、車体２の振動状態に合わせてリアルタイムでアクチュエータ１１の制御力を変更することが可能であり、車両１の乗り心地を向上させることができる。制御サスペンションを構成する電動リニアアクチュエータとしては、例えば、回転モータを直動変換する方式、本実施形態のようなリニアモータを用いた方式等がある。アクチュエータ１１の制御力は、コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに電気を流したことによって発生する電磁力（起磁力）と、コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと対向するように配置した永久磁石４３の磁力との吸引力および／または反発力によって発生する。

ここで、電動リニアアクチュエータを鉄道車両で使用する場合、例えば、雨水や塵の侵入による固着（摺動部への噛み込み）や絶縁性能の低下を防止するために、防水／防塵構造が必要となる。このとき、電動リニアアクチュエータを密閉することで、防水／防塵構造を満たすことは可能である。しかし、電動リニアアクチュエータを密閉した場合、ストロークによる空気室の体積変化が問題となる可能性がある。具体的には、ストロークに伴う電動リニアアクチュエータの内部の体積変化によって空気ばね力が発生し、電動リニアアクチュエータの制御力を妨げる可能性がある。即ち、電動リニアアクチュエータとして、リニアモータ内に油を入れない構成を採用した場合、作動時に空気によるダンピングが発生し、電動リニアアクチュエータの制御力が妨げられる可能性がある。これにより、空気ばね力を補正（キャンセル）するための余分な力（電力）が必要になり、消費電力の増大、制御性能の低下、乗り心地の低下につながる可能性がある。換言すれば、電動リニアアクチュエータが本来持っている性能を発揮できない可能性がある。

これに対して、特許文献１には、伸縮時の空気抵抗を低減するために、体積変化する空気室間に別途通路（連通溝）を設けることにより、空気の移動を可能としたリニアアクチュエータが記載されている。また、ストロークによる体積変化に対応するために、外部にサブタンクを設けることも考えられる。しかし、サブタンクを設ける場合は、サブタンクを設けるための追加のコストおよび設置スペースが必要になる。これにより、例えば、取付長が長くなる可能性、構造が複雑になる可能性がある。一方、特許文献２には、空気ばねの内部の空気を一方向に循環させることにより、電磁ダンパのコイルを冷却可能とした電磁サスペンション装置が記載されている。しかし、この構成の場合は、空気ばねの内部に電磁ダンパ（リニアアクチュエータ）を設ける必要があり、例えば、搭載性（搭載の自由度）が制限される可能性がある。

いずれにしても、電動リニアアクチュエータは、作動時（伸縮時、ストローク時）の空気によるダンピング、即ち、内部の空気室の体積変化に伴う空気ばね力を低減できることが好ましい。これに加えて、電機子（コイル）の温度上昇を抑制すべく、電機子（コイル）を冷却できることが好ましい。そこで、実施形態では、電動リニアアクチュエータ内の空気を逃がす（補償する）ことで、省電力で制御性能（製品性能）を向上すると共に、空気が流動することで、各部品（電機子等）の冷却が可能な構成としている。この場合、電磁サスペンションの構造を極力変えずに、電磁サスペンション内部の体積変化を抑制できるように構成している。

即ち、第１の実施形態では、ミドルチューブ２３に第１連通孔としての連通孔４４が径方向に貫通する貫通孔として形成されている。この場合、連通孔４４は、アクチュエータ１１が図４に示すような伸長状態のとき、即ち、アウタチューブ３５とミドルチューブ２３とが相対的に最大長位置のときに、仕切部材４２よりも一端側（下端側）に位置している。連通孔４４は、第１シリンダ内となるアウタチューブ３５内（アウタチューブ３５とミドルチューブ２３との間の空気室Ａ）と、第２シリンダ内となるミドルチューブ２３内（ミドルチューブ２３とインナチューブ２８との間の空気室Ｂ）とを連通している。これにより、２つの空気室Ａ，Ｂは、同じ空間として空気の流通が可能に接続されている。

ここで、連通孔４４は、図３および図４に示すように、円周上に１８０度離間して２個設けられている。しかし、連通孔４４の個数は、図示の例に限らず、円周上に１個以上あればよい。また、連通孔４４を空気が通過するときの空気抵抗が大きいと、空気ばね力が多く残ってしまう可能性がある。そこで、空気抵抗を抑制するために、例えば、連通孔４４をミドルチューブ２３の円周上の複数個所に設けてもよい。例えば、連通孔４４を円周上に８個、かつ、軸方向に２個所の合計１６個設けてもよい。即ち、連通孔４４の個数や設置位置は、空気ばね力の抑制と空気抵抗の抑制とを考慮して任意に設計（設定）することができる。

一方、連通孔４４の大きさ（孔径）は、大きいほど好ましいが、ミドルチューブ２３の強度を確保する必要もある。一方、連通孔４４が小さすぎる場合は、連通孔４４を通る空気の流速が速くなり、空気が連通孔４４を通過するときに音が発生する可能性がある。連通孔４４の大きさを決めるためには、アクチュエータ１１の最大速度とこのときの体積変化量とから最大流速を求め、連通孔４４の孔径や個数を決めることが好ましい。いずれにしても、第１の実施形態では、ミドルチューブ２３の連通孔４４によって空気室Ａと空気室Ｂとが接続されている。このため、空気室Ａと空気室Ｂは、連通孔４４を通じて空気の流通が可能となっている。

第１の実施形態によるアクチュエータ１１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

車両１は、レールＲに沿って、例えば図１および図２中の左側に向かって走行する。車両１が走行しているときに、例えばロール（横揺れ）またはピッチ（前後方向の揺れ）等の振動が発生すると、このときの上下方向の振動を各加速度センサ１３Ａ－１３Ｄによって検出する。制御装置１４は、各加速度センサ１３Ａ－１３Ｄで検出した信号をそれぞれ個別な車両挙動（加速度）の検出信号として判別しつつ、車両１の振動を抑えるために、例えば各アクチュエータ１１（１１Ａ－１１Ｄ）で発生すべき目標制御力を演算する。そして、各アクチュエータ１１（１１Ａ－１１Ｄ）は、制御装置１４から個別に出力される指令信号に従って、それぞれの発生制御力が目標制御力に沿った特性となるように可変に制御される。このとき、制御装置１４からの指令信号に応じて電機子２９の各コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに電力が供給される。

ここで、第１の実施形態によれば、ミドルチューブ２３には、アウタチューブ３５内（空気室Ａ）とミドルチューブ２３内（空気室Ｂ）とを連通する連通孔４４が形成されている。このため、ストロークに伴い、アウタチューブ３５内（空気室Ａ）とミドルチューブ２３内（空気室Ｂ）との間を、連通孔４４を通じて空気が流通する。これにより、ストロークに伴うアウタチューブ３５内の空気室Ａ，Ｂの体積変化を緩やかにできる。即ち、連通孔４４が設けられていない構成と比較して、アウタチューブ３５内の空気室Ａ，Ｂの体積変化に伴う空気ばね力を低減することができ、空気ばね力を補正するための制御力（空気ばね成分を相殺するための制御力）を低減できる。この結果、少ない消費電力（省電力）で、所望の制御力を発生させることができ、アクチュエータ１１が搭載された車両１の乗り心地（制振性能）を確保できる。即ち、空気ばね力を低減できる分、コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと永久磁石４３との間で発生させるべき力を小さくできる。これにより、連通孔４４が設けられていない構成と比較して少ない力で同等の乗り心地を確保できる。換言すれば、連通孔４４が設けられていない構成と同等の消費電力で、さらに乗り心地を向上できる。

また、ストロークに伴い、アウタチューブ３５内（空気室Ａ）の空気だけでなく、ミドルチューブ２３内（空気室Ｂ）の空気も流動する。このため、アウタチューブ３５内の空気だけでなくミドルチューブ２３内の空気も用いて発熱体となる電機子２９を冷却することができる。これにより、電機子２９の冷却性を向上することができ、電機子２９の温度上昇を抑制できる。この結果、例えば、大きな推力を長時間発生させることができ、長時間の大きな振動を抑制することも可能となる。即ち、この面からも、乗り心地（制振性能）を向上できる。さらに、第１の実施形態では、サブタンクを必要としないため、取付長が長くなることや構造が複雑になることも抑制できる。

第１の実施形態によれば、アウタチューブ３５の底部３７にロッド３８が取り付けられており、ロッド３８は、電機子２９側に固定された第１軸受３９と摺動する。このため、ストロークのときに電機子２９がアウタチューブ３５に対してロッド３８によって軸方向に案内される構成で、空気ばね力を低減でき、かつ、電機子２９の冷却性を向上できる。これにより、ミドルチューブ２３の電機子２９（即ち、固定子２１）とアウタチューブ３５の永久磁石４３（即ち、可動子３４）との軸方向の相対変位を安定して行うことができる構成で、乗り心地（制振性能）を向上できる。

第１の実施形態によれば、ミドルチューブ２３の上端部には、ミドルチューブ２３の内部に配置されたインナチューブ２８が固定されており、インナチューブ２８の下端部２８Ａは、電機子２９まで延びている。このため、電機子２９まで延びるインナチューブ２８によって電機子２９を位置決め（軸取り）することができ、ミドルチューブ２３と電機子２９との組立性を良好にできる。

次に、図５および図６は、第２の実施形態を示している。第２の実施形態の特徴は、ロッドの上端部に軸受部材を設けたことにある。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態では、ロッド３８の他端部となる上端部３８Ｂに軸受部材としてピストン５１が設けられている。ピストン５１の外周面は、インナチューブ２８の内周面２８Ｃと摺接する。これにより、ピストン５１は、インナチューブ２８の内周面２８Ｃに対してロッド３８を支持している。ピストン５１は、インナチューブ２８内（空気室Ｃ）を２室、即ち、図５および図６でピストン５１よりも下側（ロッド３８側）となる空気室Ｃ１と、図５および図６でピストン５１よりも上側（ロッド３８とは反対側）となる空気室Ｃ２とに仕切っている。ピストン５１には、上下方向（軸方向）に延びる貫通孔として軸方向連通孔５２が設けられている。軸方向連通孔５２は、空気室Ｃ１と空気室Ｃ２との間を連通している。なお、第２の実施形態では、ピストン５１に軸方向連通孔５２が設けられているが、軸方向連通孔５２を省略してもよい。

第２の実施形態は、上述の如きピストン５１をロッド３８の上端部３８Ｂに設けたもので、その基本的作用については、第１の実施形態によるものと格別差異はない。特に、第２の実施形態によれば、ストロークのときに電機子２９に設けられた第１軸受３９だけでなく、インナチューブ２８およびピストン５１によっても電機子２９がロッド３８に案内される。そして、このように軸方向に離間した２個所で案内される構成で、空気ばね力を低減でき、かつ、電機子２９の冷却性を向上できる。このため、ミドルチューブ２３の電機子２９（即ち、固定子２１）とアウタチューブ３５の永久磁石４３（即ち、可動子３４）との軸方向の相対変位を安定して行うことができる構成で、乗り心地（制振性能）を向上できる。しかも、電機子２９まで延びるインナチューブ２８によって電機子２９を位置決め（軸取り）することができ、ミドルチューブ２３と電機子２９との組立性を良好にできる。

次に、図７および図８は、第３の実施形態を示している。第３の実施形態の特徴は、第３シリンダ（インナチューブ）に第２連通孔を設けたことにある。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

前述した第１の実施形態では、第１連通孔４４によって、空気室Ａと空気室Ｂとを連通させている。しかし、空気室Ｃは、ストロークに伴い体積変化するが、空気室Ｃは他の空気室Ａ，Ｂと接続されていない。そこで、第３の実施形態では、ミドルチューブ２３に設けられた連通孔４４に加えて、第２連通孔としての連通孔６１がインナチューブ２８に設けられている。連通孔６１は、インナチューブ２８の外周（筒部）に形成されている。連通孔６１は、第３シリンダ内となるインナチューブ２８内（空気室Ｃ）と、第２シリンダ内となるミドルチューブ２３内（空気室Ｂ）との間を連通している。これにより、第３の実施形態では、３つの空気室Ａ，Ｂ，Ｃが２つの連通孔４４，６１によって接続されている。即ち、３つの空気室Ａ，Ｂ，Ｃは、同じ空間として空気の流通が可能に接続されている。

ここで、連通孔６１の軸方向位置は、図７に示すような縮小状態（より具体的には、アクチュエータ１１が縮み切った状態）でも、ロッド３８の上端部３８Ｂより上側（車体２側）であることが望ましい。しかし、連通孔６１の設置位置が、インナチューブ２８の上端部２８Ｂの近傍である場合、ロッド３８の上端部３８Ｂから連通孔６１までの距離が遠くなり、空気抵抗が増える可能性がある。これにより、空気ばね力が残る可能性がある。そこで、空気抵抗を減らす目的として、例えば、連通孔６１をインナチューブ２８の軸方向の複数個所に設けてもよい。即ち、連通孔６１の孔径、個数、位置は、第１の実施形態の連通孔４４と同様に、インナチューブ２８の強度を確保でき、空気の流速が速くなることによる音が発生することを抑制でき、かつ、連通孔６１を空気が通過するときの空気抵抗を抑制できるように設定することが好ましい。

第３の実施形態は、上述の如き第２連通孔６１をインナチューブ２８に設けるもので、その基本的作用については、第１の実施形態によるものと格別差異はない。特に、第３の実施形態によれば、インナチューブ２８に第２連通孔６１が形成されているため、アウタチューブ３５内とミドルチューブ２３内とインナチューブ２８内との３つの空間（空気室Ａ、空気室Ｂ、空気室Ｃ）が連通孔４４および連通孔６１を介して一つの空間として連通する。これにより、空気ばね力をより低減でき、かつ、電機子２９の冷却性をより向上できる。

次に、図９および図１０は、第４の実施形態を示している。第４の実施形態の特徴は、第１連通孔をミドルチューブの下端側閉塞部（一端側閉塞部）に設けたことにある。なお、第４の実施形態では、第３の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した第３の実施形態は、空気室Ａ，Ｂ，Ｃを連通孔４４および連通孔６１で連通させることにより、ストロークに伴う体積変化によって発生する空気ばね力を低減している。しかし、第１連通孔としての連通孔４４をミドルチューブ２３の筒部２５に設けた場合、アクチュエータ１１の最小長（取付長）が長くなる可能性がある。即ち、アクチュエータ１１が最大長のときに仕切部材４２よりも一端側（下端側）に第１連通孔を設ける場合は、ミドルチューブ２３の筒部２５よりも下側に第１連通孔を設ける方が、アクチュエータ１１の最小長（取付長）を短くできる。このため、例えば、電機子２９のコア３０に軸方向に延びる第１連通孔を設けることが考えられる。この場合には、第１連通孔の空気によってコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを直接的に冷却できるため、電機子２９の冷却性能（冷却効率）を向上できる。しかし、この構成の場合は、大電流で大推力を発生したときに、コア３０に第１連通孔を設けたことによる磁路の減少により、コア３０が磁気飽和し、推力の発生効率が低下する可能性がある。

そこで、第４の実施形態では、ミドルチューブ２３の筒部２５よりも下端側に位置する下端側閉塞部２４に、第１連通孔としての連通孔７１が形成されている。連通孔７１は、軸方向に延びる部位と径方向に延びる部位とを有している。ここで、下端側閉塞部２４には、ストロークセンサ３２が設けられている。このため、連通孔７１は、ストロークセンサ３２のセンシングに影響しない位置に設ける。連通孔７１の孔径、個数は、下端側閉塞部２４の強度を確保でき、空気の流速が速くなることによる音が発生することを抑制でき、かつ、連通孔７１を空気が通過するときの空気抵抗を抑制できるように設定することが好ましい。

第４の実施形態は、上述の如き連通孔７１をミドルチューブ２３の下端側閉塞部２４に設けるもので、その基本的作用については、第３の実施形態によるものと格別差異はない。特に、第４の実施形態によれば、ミドルチューブ２３の下端側閉塞部２４にストロークセンサ３２が設けられており、かつ、下端側閉塞部２４に連通孔７１が形成されている。このため、ミドルチューブ２３の下端側閉塞部２４に連通孔７１を設けることで、取付長が長くなることを抑制できる。この場合、連通孔７１の設置位置は、筒部２５よりも下側であるが、コア３０（電機子２９）ではない。このため、コア３０に第１連通孔を形成する構成と比較して、磁路不足、磁気飽和の影響を抑制できる。また、連通孔７１を流通する空気によってストロークセンサ３２を冷却できる。

次に、図１１および図１２は、第５の実施形態を示している。第５の実施形態の特徴は、アウタチューブに第３連通孔を設けたことにある。なお、第５の実施形態では、第４の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した第４の実施形態では、アクチュエータ１１の３つの空気室Ａ，Ｂ，Ｃを一つの空気室となるように連通させている。しかし、空気室Ａ，Ｂ，Ｃは、一つの空気室として密閉されている。そこで、第５の実施形態では、アウタチューブ３５に外気（大気）に通じる第３連通孔としての連通孔８１が形成されている。連通孔８１は、アウタチューブ３５の内部と外部との間を連通している。これにより、アクチュエータ１１内の空間、即ち、空気室Ａ，Ｂ，Ｃは、連通孔８１を介して外部（大気中）と連通している。連通孔８１は、例えば、アクチュエータ１１が図１２に示すような伸長状態（より具体的には、アクチュエータ１１が伸び切った状態）でも、アウタシェル３３によって隠れる位置に設けられていることが望ましい。さらに、連通孔８１の孔径、個数は、前述の連通孔４４，６１，７１と同様に、アウタチューブ３５の強度を確保でき、空気の流速が速くなることによる音が発生することを抑制でき、かつ、連通孔８１を空気が通過するときの空気抵抗を抑制できるように設定することが好ましい。

第５の実施形態は、上述の如き連通孔８１をアウタチューブ３５に設けるもので、その基本的作用については、第４の実施形態によるものと格別差異はない。特に、第５の実施形態によれば、アウタチューブ３５内と外部とが連通孔８１を介して連通するため、外部（外気）との空気の流通が可能となる。これにより、空気ばね力をより低減でき、かつ、電機子２９の冷却性をより向上できる。即ち、空気室Ａ，Ｂ，Ｃが外部と連通していない場合は、空気の流れがアクチュエータ１１の内部の循環となる。これに対して、第５の実施形態では、３つの空気室Ａ，Ｂ，Ｃが外部と連通している。このため、内部の空気循環による冷却に加えて、内部と外部との熱交換による冷却が可能となり、各部品（電機子２９等）の温度上昇を抑制できる。

次に、図１３は、第６の実施形態を示している。第６の実施形態の特徴は、第３連通孔にフィルタを設けることにある。なお、第６の実施形態では、第５の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した第５の実施形態は、アクチュエータ１１の外部から連通孔８１を介して塵や水等の異物がアクチュエータ１１内に侵入する可能性がある。そして、塵の侵入が著しい場合には、アクチュエータ１１が固着する可能性がある。また、水の侵入が著しい場合には、コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの絶縁性能が低下する可能性がある。

そこで、第６の実施形態では、外気に通じる第３連通孔としての連通孔８１に、アウタチューブ３５の内部と外部との間を双方向に流通可能なフィルタ９１が設けられている。即ち、連通孔８１は、フィルタ９１を備えている。フィルタ９１は、連通孔８１内に例えば接着により固定することができる。なお、フィルタ９１の交換を考慮して、フィルタ９１を連通孔８１に着脱可能に取付ける（係合させる）構成を採用してもよい。フィルタ９１は、例えば、メッシュ地のもの、焼結部材から構成されるもの等を用いることができる。フィルタ９１の気孔径（濾過孔径）や厚さは、アクチュエータ１１の実使用条件から選定することが望ましい。ただし、フィルタ９１の気孔径を小さくした場合、または、フィルタ９１の厚さを厚くした場合、空気抵抗（圧力損失）が増大する可能性がある。このため、空気抵抗と濾過性能（捕集性能）とを考慮してフィルタ９１を選定することが望ましい。

第６の実施形態は、上述の如きフィルタ９１を連通孔８１に設けるもので、その基本的作用については、第５の実施形態によるものと格別差異はない。特に、第６の実施形態によれば、外部からの水や塵等の異物の侵入をフィルタ９１により抑制することができる。これにより、連通孔８１を介して外気の出し入れが可能な構成においても、防水性、防塵性を確保できる。

即ち、アクチュエータ１１は、空気室Ａ，Ｂ，Ｃを密閉することで、外部からの水や塵等の異物の侵入を防ぐことができる。しかし、空気ばね力をより低減すべく、アクチュエータ１１の空気室Ａ，Ｂ，Ｃを外気と連通させると、アクチュエータ１１内に外部から異物が侵入する可能性がある。これに対して、第６の実施形態では、連通孔８１にフィルタ９１を設けているため、空気ばね力をより低減しつつ、異物の侵入を抑制することができる。なお、アクチュエータ１１が縮小するときは、アクチュエータ１１内の空気がフィルタ９１を介して排気（排出）され、アクチュエータ１１が伸長するときは、アクチュエータ１１内に外気がフィルタ９１を介して吸気（吸入）される。アクチュエータ１１は、最終的に取付長に戻るため、縮小の変位量の合計値と伸長の変位量の合計値とは同じになる。このため、アクチュエータ１１に設けたフィルタ９１は、吸気側に設けられる一般的なフィルタと比較して、フィルタ９１に溜まる埃や塵の量を少なくできる。

なお、第６の実施形態では、連通孔８１にフィルタ９１を設けている。これに対して、図示は省略するが、例えば、連通孔８１以外の連通孔６１，７１にもフィルタを設けることができる。この場合、連通孔８１のフィルタ９１の気孔径、厚さ、および、連通孔６１，７１のフィルタの気孔径、厚さは、適宜設計することができる。例えば、連通孔８１のフィルタ９１の気孔径を大きくし、空気室Ａの空気と外気とを積極的に入れ換える構成としてもよい。この場合、連通孔６１，７１のフィルタの気孔径は、連通孔８１のフィルタ９１の気孔径よりも小さく設定することにより、空気室Ｂ，Ｃへの水や塵等の異物の侵入を抑制するようにしてもよい。

このような構成の場合、仮に連通孔８１を介して空気室Ａに異物が侵入したとしても、この異物は、連通孔７１に設けたフィルタにより、空気室Ｂへの侵入を抑制することができる。仮に、空気室Ｂに異物が浸入した場合も、連通孔６１に設けたフィルタにより、空気室Ｃへの侵入を抑制することができる。即ち、連通孔８１にフィルタ９１を設けるだけでなく、連通孔６１，７１にもフィルタを設けると共に、それぞれのフィルタ９１をそれぞれの空気室Ａ，Ｂ，Ｃに応じた気孔径や厚さに設定する。これにより、それぞれの空気室Ａ，Ｂ，Ｃに適した防水性、防塵性を確保しつつ、ストロークに伴う体積変化による空気ばね力を低減することができる。

次に、図１４は、第７の実施形態を示している。第７の実施形態の特徴は、アウタチューブに設けられた第３連通孔の近傍に磁石を設けたことにある。なお、第７の実施形態では、第６の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した第６の実施形態では、連通孔８１にフィルタ９１を設けることで、外気と連通する構成でも防水性、防塵性を確保できるようにしている。しかし、フィルタ９１の気孔径によっては、異物（塵等）がフィルタ９１を通過して内部に侵入する可能性がある。ここで、例えば、内部に侵入した塵が非磁性体粉（非磁性体成分）である場合、この非磁性体粉は、アクチュエータ１１内の溜まりやすい場所（例えば、溝部や下部）に留まることが考えられる。一方、塵が磁性体粉（磁性体成分）である場合、この磁性体粉は、アクチュエータ１１の各永久磁石４３に付着することが考えられる。そして、一度付着した磁性体粉は、各永久磁石４３の磁力が続く限り、各永久磁石４３に付着し続け、時間の経過に伴って堆積する可能性がある。堆積した磁性体粉は、ある閾値を超えると、コア３０やコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと接触し、これら部品の表面を傷付ける可能性がある。これにより、コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの絶縁性能が低下する可能性がある。

そこで、第７の実施形態では、アクチュエータ１１内に浸入した磁性体粉を付着させるための異物吸着磁石１０１（マグネット）がアウタチューブ３５の内周側に設けられている。異物吸着磁石１０１の取付位置は、連通孔８１の近傍が好ましい。例えば、異物吸着磁石１０１は、アウタチューブ３５の内周面３５Ａまたは仕切部材４２の内面で、かつ、連通孔８１の近傍に設置することが望ましい。ただし、異物吸着磁石１０１の位置および寸法は、アクチュエータ１１が伸長状態であっても、即ち、異物吸着磁石１０１が電機子２９に接近しても、電機子２９のコア３０またはコイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに接触しないように設定する。また、異物吸着磁石１０１の個数は、例えば、連通孔８１の個数と同等以上であることが好ましい。異物吸着磁石１０１は、例えば、ネオジム磁石やフェライト磁石であることが望ましく、使用温度範囲に応じて適切に種類を選定することが好ましい。

第７の実施形態は、上述の如き異物吸着磁石１０１を連通孔８１の近傍に設けるもので、その基本的作用については、第６の実施形態によるものと格別差異はない。特に、第７の実施形態は、連通孔８１を介して侵入した磁性体粉が異物吸着磁石１０１によって集められる（引寄せられる）ため、磁性体粉が各永久磁石４３に付着することを抑制できる。これにより、コイル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと磁性体粉との接触による損傷を抑制することができ、絶縁性能を良好に確保できる。

なお、第７の実施形態では、連通孔８１にフィルタ９１を設けることに加えて連通孔８１の近傍に異物吸着磁石１０１を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、異物吸着磁石を設けるが、フィルタは設けない構成としてもよい。即ち、フィルタを省略してもよい。

第１の実施形態では、第１シリンダとしてのアウタチューブ３５にロッド３８が取付けられた構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ロッド（およびガイド部）を省略してもよい。このことは、第２の実施形態ないし第７の実施形態についても同様である。

第１の実施形態では、第３シリンダとしてのインナチューブ２８を備えた構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、インナチューブを省略してもよい。このことは、第３の実施形態ないし第７の実施形態についても同様である。

第１の実施形態では、ストロークセンサ３２をミドルチューブ２３の一端側閉塞部２４に設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ストロークセンサを一端側閉塞部から外れた位置に設けてもよい。このことは、第２の実施形態ないし第７の実施形態についても同様である。

各実施形態では、車両１のばね上部材（例えば車体２）を固定側とし、車両１のばね下部材（例えば台車３Ａ，３Ｂ、車輪４）を可動側とした場合を例に挙げて説明した。即ち、車両１のばね下部材となる台車３Ａ，３Ｂに接続された第１部材を可動子３４とし、車両１のばね上部材となる車体２に接続された第２部材を固定子２１とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、車両のばね下部材を固定側とし、車両のばね上部材を可動側としてもよい。即ち、車両のばね下部材（台車）に接続される第１部材または第２部材を固定子とし、車両のばね上部材（車体）に接続される第１部材または第２部材を可動子としてもよい。換言すれば、第１部材を固定子とすると共に第２部材を可動子としてもよいし、第１部材を可動子とすると共に第２部材を固定子としてもよい。

各実施形態では、電動リニアアクチュエータとしてのアクチュエータ１１が取付けられる２部材間のうちの一方を台車３Ａ，３Ｂとし、２部材間のうちの他方を車体２とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、電動リニアアクチュエータが取付けられる２部材間のうちの一方を車体とし、２部材間のうちの他方を台車としてもよい。

各実施形態では、アクチュエータ１１を車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間に上下方向に配置した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、電動リニアアクチュエータを車体と台車との間に左右方向に配置してもよい。

各実施形態では、アクチュエータ１１を車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間に配置した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、電動リニアアクチュエータを台車（台車枠）と軸受箱（車輪、輪軸）との間に配置してもよい。

各実施形態では、空気ばね７とアクチュエータ１１とにより鉄道車両用の電動サスペンション（電磁サスペンション）を構成した場合を例に挙げて説明した。即ち、各実施形態では、アクチュエータ１１を鉄道車両１に取付ける場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、自動車等の鉄道車両以外の車両に取付けてもよい。さらには、振動源となる種々の機械、建築物等に取付けられる各種の電動リニアアクチュエータとして広く適用することができる。さらに、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

以上説明した実施形態に基づく電動リニアアクチュエータとして、例えば下記に述べる態様のものが考えられる。

第１の態様としては、相対移動する２部材間に取り付けられて制御力を発生させる電動リニアアクチュエータであって、該電動リニアアクチュエータは、一端部に底部を有し、該一端部が前記２部材間のうちの一方に取り付けられ、軸方向に延びる有底筒状の第１シリンダと、前記第１シリンダの軸方向に延び、前記第１シリンダの径方向内側に位置し、他端部が前記２部材間のうちの他方に取り付けられ、両端部が閉塞された筒状の第２シリンダと、前記第１シリンダの他端部に設けられ、前記第２シリンダの外周面と摺動し、前記第２シリンダの外周と外部とを仕切る仕切部材と、前記第１シリンダの内周面に、前記第１シリンダの軸方向に延びて環状に形成される複数の永久磁石と、前記第２シリンダの一端部に設けられた電機子と、を備え、前記第２シリンダには、前記第１シリンダと前記第２シリンダとが相対的に最大長位置のときに前記仕切部材よりも一端側に位置して前記第１シリンダ内と前記第２シリンダ内とを連通する第１連通孔が形成されている。

この第１の態様によれば、ストロークに伴い、第１シリンダ内と第２シリンダ内との間を、第１連通孔を通じて空気が流通する。このため、第１シリンダ内の空気室の体積変化に伴う空気ばね力を低減することができ、空気ばね力を補正するための制御力を低減できる。これにより、少ない消費電力（省電力）で、所望の制御力を発生させることができ、例えば電動リニアアクチュエータが搭載された車両の乗り心地（制振性能）を確保できる。また、ストロークに伴い、第１シリンダ内の空気だけでなく、第２シリンダ内の空気も流動する。このため、第１シリンダ内の空気だけでなく第２シリンダ内の空気も用いて発熱体となる電機子を冷却することができる。これにより、電機子の冷却性を向上することができ、電機子の温度上昇を抑制できる。この結果、例えば、大きな推力を長時間発生させることができ、長時間の大きな振動を抑制することも可能となる。即ち、この面からも、乗り心地（制振性能）を向上できる。

第２の態様としては、第１の態様において、前記電機子は環状で、その内周部は前記第２シリンダの内部と接続されており、一端部が前記第１シリンダの底部に取り付けられ、他端部が前記電機子の内周部を介して前記第２シリンダ内に延びるロッドと、前記電機子側に固定され、前記ロッドと摺動するガイド部と、を備える。この第２の態様によれば、ストロークのときに電機子が第１シリンダに対してロッドによって軸方向に案内される構成で、空気ばね力を低減でき、かつ、電機子の冷却性を向上できる。これにより、第２シリンダの電機子と第１シリンダの永久磁石との軸方向の相対変位をより安定して行うことができる構成で、乗り心地（制振性能）を向上できる。

第３の態様としては、第２の態様において、前記第２シリンダ内部に配置され、前記第２シリンダの他端部に固定され、一端部が前記電機子まで延び、前記ロッドが挿入される第３シリンダと、前記ロッドの他端部に設けられ、前記第３シリンダの内周面に対して前記ロッドを支持する軸受部材と、を備える。この第３の態様によれば、第３シリンダとロッドの軸受部材とによっても電機子がロッドに案内される構成で、空気ばね力を低減でき、かつ、電機子の冷却性を向上できる。これにより、第２シリンダの電機子と第１シリンダの永久磁石との軸方向の相対変位をより安定して行うことができる構成で、乗り心地（制振性能）を向上できる。しかも、電機子まで延びる第３シリンダによって電機子の位置決め（軸取り）ができるため、組立性を良好にできる。

第４の態様としては、第３の態様において、前記第３シリンダの外周には、前記第３シリンダ内と前記第２シリンダ内との間を連通する第２連通孔が形成されている。この第４の態様によれば、第１シリンダ内と第２シリンダ内と第３シリンダ内との３つの空間が第１連通孔および第２連通孔を介して連通する。これにより、この面からも、空気ばね力を低減でき、かつ、電機子の冷却性を向上できる。

第５の態様としては、第１ないし第４の態様のいずれかにおいて、前記第２シリンダの一端側閉塞部には、前記電機子の相対位置を検出するストロークセンサが設けられ、前記第１連通孔は、前記一端側閉塞部に形成される。この第５の態様によれば、第２シリンダの一端側閉塞部に第１連通孔を設けることで、取付長が長くなることを抑制できる。また、第１連通孔を流通する空気によってストロークセンサを冷却できる。

第６の態様としては、第１ないし第５の態様のいずれかにおいて、前記第１シリンダには、前記第１シリンダの内部と外部との間を連通する第３連通孔が形成されている。この第６の態様によれば、第１シリンダ内と外部とが第３連通孔を介して連通するため、外部との空気の流通が可能となる。これにより、空気ばね力をより低減でき、かつ、電機子の冷却性をより向上できる。

第７の態様としては、第６の態様において、前記第３連通孔には、前記第１シリンダの内部と外部との間を双方向に流通可能なフィルタを備える。この第７の態様によれば、外部からの水や塵等の異物の侵入をフィルタにより抑制することができる。これにより、第３連通孔を介して外気の出し入れが可能な構成においても、防水性、防塵性を確保できる。

尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本願は、２０１９年７月１１日付出願の日本国特許出願第２０１９－１２９１４４号に基づく優先権を主張する。２０１９年７月１１日付出願の日本国特許出願第２０１９－１２９１４４号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。

２ 車体（２部材） ３Ａ，３Ｂ 台車（２部材） １１，１１Ａ－１１Ｄ アクチュエータ（電動リニアアクチュエータ） ２３ ミドルチューブ（第２シリンダ） ２３Ａ 外周面 ２４ 下端側閉塞部（一端側閉塞部） ２８ インナチューブ（第３シリンダ） ２８Ａ，３８Ａ 下端部（一端部） ２８Ｂ，３８Ｂ 上端部（他端部） ２８Ｃ，３５Ａ 内周面 ２９ 電機子 ３２ ストロークセンサ ３５ アウタチューブ（第１シリンダ） ３７ 底部 ３８ ロッド ３９ 第１軸受（ガイド部） ４２ 仕切部材 ４３ 複数の永久磁石 ４４，７１ 連通孔（第１連通孔） ５１ ピストン（軸受部材） ６１ 連通孔（第２連通孔） ８１ 連通孔（第３連通孔） ９１ フィルタ

Claims (6)

1. 相対移動する２部材間に取り付けられて制御力を発生させる電動リニアアクチュエータであって、
   該電動リニアアクチュエータは、
   一端部に底部を有し、該一端部が前記２部材間のうちの一方に取り付けられ、軸方向に延びる有底筒状の第１シリンダと、
   前記第１シリンダの軸方向に延び、前記第１シリンダの径方向内側に位置し、他端部が前記２部材間のうちの他方に取り付けられ、両端部が閉塞された筒状の第２シリンダと、
   前記第１シリンダの他端部に設けられ、前記第２シリンダの外周面と摺動し、前記第２シリンダの外周と外部とを仕切る仕切部材と、
   前記第１シリンダの内周面に、前記第１シリンダの軸方向に延びて環状に形成される複数の永久磁石と、
   前記第２シリンダの一端部に設けられた電機子と、
   一端部が前記第１シリンダの底部に取り付けられ、他端部が前記電機子の内周部を介して前記第２シリンダ内に延びるロッドと、
   前記電機子側に固定され、前記ロッドと摺動するガイド部と、
   前記第２シリンダ内部に配置され、前記第２シリンダの他端部に固定され、一端部が前記電機子まで延び、前記ロッドが挿入される第３シリンダと、を備え、
   前記第２シリンダには、一端側に位置して前記第１シリンダ内と前記第２シリンダ内とを連通する第１連通孔が形成され、
   前記第３シリンダには、前記第３シリンダ内と前記第２シリンダ内との間を連通する第２連通孔が形成され、
   前記第２連通孔は、前記第３シリンダと前記ロッドとが相対的に最小長位置のときに該ロッドの他端部よりも他端側に位置するよう形成されていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
2. 請求項１に記載の電動リニアアクチュエータであって、
   前記第１連通孔は、前記第１シリンダと前記第２シリンダとが相対的に最大長位置のときに前記仕切部材よりも一端側に位置するよう形成されていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
3. 請求項１または２に記載の電動リニアアクチュエータであって、
   前記ロッドの他端部に設けられ、前記第３シリンダの内周面に対して前記ロッドを支持する軸受部材と、
   を備えることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電動リニアアクチュエータであって、
   前記第２シリンダの一端側閉塞部には、前記電機子の相対位置を検出するストロークセンサが設けられ、
   前記第１連通孔は、前記一端側閉塞部に形成されることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電動リニアアクチュエータであって、
   前記第１シリンダには、前記第１シリンダの内部と外部との間を連通する第３連通孔が形成されていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
6. 請求項５に記載の電動リニアアクチュエータであって、
   前記第３連通孔には、前記第１シリンダの内部と外部との間を双方向に流通可能なフィルタを備えることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。

Images