JP2004011823A - 電磁緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的とするところは、モータの放熱を促し、モータの定格を超える温度上昇に伴う損傷を防止するとともに、電磁緩衝器の耐久性を向上し、さらに、電磁緩衝器の生産性を向上し、電磁緩衝器の生産コストを下げ、併せて、モータが損傷した場合でもその修理費用を安価にすることである。
【解決手段】本発明の電磁緩衝器は、ボール螺子ナット１６とボール螺子ナット１６内に回転自在に螺合した螺子軸１８とを有する電磁緩衝器本体Ｄと、上記螺子軸１８に結合したモータＭとを有してなり、ボール螺子ナット１６の直線運動を螺子軸１８の回転運動に変換し、この回転運動をモータＭのシャフト６に伝達して当該モータＭに電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフト６の回転に抗するトルクをボール螺子ナット１６の直線運動を抑制する減衰力として利用する電磁緩衝器において、上記電磁緩衝器本体Ｄに着脱自在に装着されたカバー１を設け、当該カバー１にモータＭの固定子及び回転子ＭＡを覆うフレームを兼ねさせていることを特徴とすることにより、上記目的を達成するものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールナットにボール螺子を回転自在に螺入することによりボール螺子ナットの直線運動をモータの回転運動に変換する機構を有し、上記モータの電磁力を減衰力として利用する電磁緩衝器に関し、特にモータのフレーム及び電磁緩衝器の外筒の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に車両の車体と車軸との間に懸架バネと並列にして油圧緩衝器を介在させたサスペンションが知られており、このサスペンションは車体を懸架するとともに路面からの振動等の入力を減衰して車両の乗り心地と操縦性を向上させ、或いは車体の変位を抑制して車高を一定に保持している。
【０００３】
他方、サスペンションの一部に油圧緩衝器等と併設した電磁緩衝器を組み込み、車体変化時にモータに電流を流して電磁力を発生し、この電磁力を車体変化を抑制する減衰力として利用する車両用のサスペンションも、たとえば、特開平５−４４７５８号公報に開示されているように公知である。
【０００４】
しかしながら、上記の油圧緩衝器を利用したサスペンションでは、高減衰力が得られる反面油が必要であり、この油の漏れを防止するシール機構や複雑なバルブ機構を必要とする。
【０００５】
同様に電磁緩衝器を使用したサスペンションでは、電源、コントローラ等を必要とし、構造が複雑化し、コスト的にも不利である。
【０００６】
そこで、最近油、エアや電源等を必要としない新しい電磁緩衝器が研究され、その論文も公表されている。
【０００７】
この電磁緩衝器の基本構造は、たとえば、図２のモデルに示すように、ボール螺子ナット１６と、当該ボール螺子ナット１６を保持するフランジ３４と、アイ型ブラケット３８が固着されたフランジ３７と、上記各フランジ３４、３７を連結するガイドロッド３６と、ボール螺子ナット１６内に回転自在に螺合した螺子軸１８と、螺子軸１８の上端にカップリング４７とシャフト４６ａを介して結合したモータ４６とで構成したものである。
【０００８】
ここで、電磁力発生源としてのモータは、様々なモータ、たとえば直流モータや交流モータ、誘導モータ等が使用されうるが、たとえば直流モータを例に取ると、特に図示しないが、直流ブラシ付モータであれば、モータ４６は磁界発生用の複数の永久磁石とソレノイドと電機子とヨークと整流子とシャフト等からなる固定子と回転子と、これらの固定子と回転子を覆うフレームとから構成され、シャフトの回転によりソレノイドが上記永久磁石の発生する磁界を横切ることにより誘導起電力を発生するものである。
【０００９】
そして、この電磁緩衝器を、たとえば、車体と車軸との間に介在させてサスペンションとして利用する場合、電磁緩衝器の上端をモータ４６の上に設けられたフランジ４３に固着されたブラケット４０を介して車体側に結合し、電磁緩衝器下端を上記アイ型ブラケット３８を介して車軸側に結合させる。
【００１０】
この場合、モータ４６は、下端をフランジ４５及び連結ロッド３１を介してフランジ３２に結合し、上記フランジ３２の内周にはボール軸受４８を固定し、そのボール軸受４８内に螺子軸１８の上部を回転自在に挿入させている。
【００１１】
さらに、フランジ３２は、フランジ３５に連結ロッド３３により連結され、フランジ３５に設けられた孔の中には上記ガイドロッド３６が摺動可能に挿入されおり、ボール螺子ナット１６の直線運動のみが許容されるようになっている。
【００１２】
この電磁緩衝器を利用するサスペンションの構想によれば、たとえば、路面からの振動入力でボール螺子ナット１６が矢印ａ方向に直線運動すると、ボール螺子ナット１６内の螺子軸１８は、ボール螺子ナット１６内のボールと螺子軸１８の外周の螺子溝１８ａに案内されて回転運動に変換される。
【００１３】
このため、螺子軸１８の回転運動が、螺子軸１８の上端に取り付けられたカップリング４７を介してシャフト４６ａの矢印ｂ方向の回転運動として伝達され、これによりモータ４６に誘導起電力が発生し、特には図示しないがモータ４６の各電極を電源を介さずに短絡するか所望の電磁力を得られるように制御回路に接続しておけば、モータ４６内のソレノイドに上記誘導起電力に起因する電流が流れ、モータ４６は電磁力を発生する。
【００１４】
そして、この時、上記シャフト４６ａの回転方向とは逆方向に電磁力が発生するようにモータ４６の各電極を短絡または制御回路に接続しておけば、この電磁力に起因しシャフト４６ａの回転に抗するトルクが発生し、モータ４６のシャフト４６ａの回転を抑制することとなる。
【００１５】
すると、シャフト４６ａの回転を抑制することは、上記螺子軸１８の回転を抑制することであるから、上記トルクはボール螺子ナット１６の直線運動を抑制する減衰力として作用する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この電磁緩衝器を、実際に車両に適用する際には、緩衝器は通常車両ボディと車軸との間に配在されるが、以下のいろいろな問題点がある。
【００１７】
即ち、上記の電磁緩衝器の構成では、モータ４６、螺子軸１８、ボール螺子ナット１６が、剥き出しの状態であるから、車体外からの雨や泥等の侵入に対して、何ら隔離されておらず、たとえば、モータ４６内に雨水や泥水が進入して、モータ４６が漏電して損傷しモータ４６等の機能が損なわれる恐れがある。
【００１８】
この為、どうしても、電磁緩衝器本体とモータ４６を覆うカバーとしての外筒が必要となる。
【００１９】
しかし、電磁緩衝器本体とモータ４６とを外筒で覆うこととすれば、車両ボディの下面と車軸との間に電磁緩衝器を配設する場合、車種により車両ボディの下面と車軸との間のスペースには制約もあり、必然的にモータ４６が外筒内に収められる空間を広くとることができないことがある。
【００２０】
すると、モータ４６は、軸螺子１５から伝達される回転運動によって、モータ４６内にあるソレノイドに電流が流れ、その電流に起因して、熱を発生することとなるが、上述のようにさほど広くない外筒内に独立した部品としてのモータ４６が収められているから、上記外筒とモータの固定子及び回転子を覆うフレームとの間の小さい上記空間内で熱がこもり、モータ４６の放熱が妨げられ、モータ４６自体の温度が上昇することとなる。
【００２１】
さらに、モータ４６の温度上昇が進み、モータ４６の温度定格を超えてしまうと、モータ自身が発する熱によりモータのソレノイドを形成する導線の絶縁被膜の化学変化等により絶縁性が劣化し、その結果漏電等を生じ、モータ自体が損傷する危惧がある。
【００２２】
他方、上記のモータの温度上昇に伴う弊害を嫌って、電磁緩衝器の外筒を太くして、モータが電磁緩衝器に配在される空間を広くすると、他のシャシー等の部材と干渉し、上述したように、車両に適用できない場合もあり、また、電磁緩衝器自体の重量がかさむという新たな弊害を生ずる結果となる。
【００２３】
さらに、モータ４６を独立した部品とすると、モータ４６を電磁緩衝器本体に螺設する場合にはボルトやナット、モータ用のブラケットといった部品点数が増えることとなるとともに、電磁緩衝器の加工工程も増えるから、生産性や生産コストが悪化する。
【００２４】
また、モータが損傷した時のことを勘案すると、モータ４６、螺子軸１８、ボール螺子ナット１６を保護するための外筒を電磁緩衝器全体に亘り一体として成形した場合、電磁緩衝器本体から、モータ部分を分離できないので、電磁緩衝器全体を交換する必要があるので、修理費用が高価なものとなってしまう。
【００２５】
そこで、本発明の目的とするところは、モータの放熱を促し、モータの定格を超える温度上昇に伴う損傷を防止するとともに、電磁緩衝器の耐久性を向上し、さらに、電磁緩衝器の生産性を向上し、電磁緩衝器の生産コストを下げ、併せて、モータが損傷した場合でもその修理費用を安価にすることである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明は、ボール螺子ナットとボール螺子ナット内に回転自在に螺合した螺子軸とを有する電磁緩衝器本体と、上記螺子軸に結合したモータとを有してなり、ボール螺子ナットの直線運動を螺子軸の回転運動に変換し、この回転運動をモータのシャフトに伝達して当該モータに電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフトの回転に抗するトルクをボール螺子ナットの直線運動を抑制する減衰力として利用する電磁緩衝器において、上記電磁緩衝器本体に着脱自在に装着されたカバーを設け、当該カバーにモータの固定子及び回転子を覆うフレームを兼ねさせていることを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。
【００２８】
本発明にかかる電磁緩衝器の基本形態は、中空ロッド１９と中空ロッド１９の端部に設けたボール螺子ナット１６とボール螺子ナット１６内に回転自在に螺合した螺子軸１８とを有する電磁緩衝器本体Ｄと、プラネタリギア９ａ、９ｂと、上記螺子軸１８に結合したモータＭとにより構成される。
【００２９】
以下、さらに詳細な構造について説明する。
【００３０】
モータＭは、直流ブラシ付モータであり、磁界発生用の複数の永久磁石４ａ、４ｂと、ソレノイド２ａと、電機子２と、整流子３と、ブラシ５と、ブラシホルダ７と、シャフト６等の固定子及び回転子ＭＡとそれら部材を覆うカバー１から構成されている。
【００３１】
上記、カバー１は、電磁緩衝器本体Ｄに直接着脱可能に装着されるが、この時、カバー１が図１に示すように、モータＭのフレームとしての役割を有すると共に、電磁緩衝器のモータ部分を覆う外筒としての役割を有する。
【００３２】
上記シャフト６はその上下端をボール軸受１２、２２を介してカバー１内に回転自在に挿入されながら、このシャフト６の外周には電機子２を設けて導電線を巻きつけてソレノイド２ａを形成し、ソレノイド２ａの複数の導電線（付示せず）は、シャフト６の上方に設けられた整流子３に接続され、上記整流子３はその側方に設けられたブラシホルダ７を介してカバー１に結合されたブラシ５に当接しており、さらに、ブラシ５はリード線８に接続されている。
【００３３】
そして、カバー１の上端部には、キャップ１０が結合されており、カバー１内に、雨や泥水の浸入が防止される。
【００３４】
さらに、永久磁石４ａ、４ｂは、上記電機子２がカバー１内に収められた位置に符合させてカバー１の内周に結合されており、これにより、上記電機子２に磁界がかけられることとなる。この場合、カバー１は、モータＭのフレームとしての機能のほかにヨークとしての機能を有することとなる。
【００３５】
なお、永久磁石４ａ、４ｂは、対向してカバー１内に取り付けられるが、磁界を発生するように取り付ければ、その数は２個以上でも良い。
【００３６】
なお、リード線８は、制御回路等（図示せず）に接続されるか、直接各電極（図示せず）に接続されたリード線８同士をつなぎ閉回路としておき、且つ、電磁力に起因しシャフト６の回転に抗するトルクを発生するようにしておくことにより、モータＭに電磁力を発生するようにし、所望の減衰力を得られるよう調整しておく事が必要である。
【００３７】
この場合、特に制御回路を設ける必要がなければ、カバー１外にリード線を設ける必要は無く、カバー１内で上記各電極を短絡しても良いので、カバー１に特にリード線８用の孔を設けずとも良い。
【００３８】
なお、本実施の形態では、モータＭに直流ブラシ付モータを使用した場合を説明したが、直流ブラシレスモータや、交流モータや誘導モータを使用しても良い。
【００３９】
また、シャフト６に永久磁石を固定して、カバー１内周にソレノイドを結合しても良い。
【００４０】
次に、電磁緩衝器本体Ｄについて説明する。
【００４１】
電磁緩衝器本体Ｄは、車軸側にアイ型ブラケット２９を介して結合される中空ロッド１９と中空ロッド１９の上端部にボール螺子ナットブラケット１７を介して結合されたボール螺子ナット１６とボール螺子ナット１６内に回転自在に螺合した螺子軸１８とで構成されている。
【００４２】
そして、上記中空ロッド１９は、外筒２３の下端に設けたロッドガイド２５の内周側ブッシュ２４と、ロッドガイド２５の下端に設けた電磁緩衝器本体Ｄ内に埃や雨水等の浸入を防ぐシールＳとを介して上下摺動自在に挿入され、中空ロッド１９の下端はアイ型ブラケット１９を介して車軸に結合されるようになっている。
【００４３】
なお、ロッドガイド２５は、無くても使用可能であるが、中空ロッド１９の座屈を防止し、スムースに直線運動を案内するために設けたほうが好ましい。
【００４４】
ここでは、ボール螺子ナット１６の構造は特に図示しないが、たとえば、ボール螺子ナットの内周には、螺子軸の螺旋状の螺子溝に符合するように螺旋状のボール保持部が設けられており、前記保持部に多数のボールが配在されてなり、ボール螺子ナットの内部にはボールが循環可能なように前記螺旋状保持部の両端を連通する通路が設けられているものであって、螺子軸を前記ボール螺子ナットに螺入された場合に、螺子軸の螺旋状の螺子溝にボール螺子ナットのボールが嵌合し、螺子軸の回転運動に伴いボール自体も螺子軸の螺子溝との摩擦力により回転するので、ラックアンドピニオン等の機構に比べ滑らかな動作が可能である。
【００４５】
上述のように、螺子軸１８には、ボール螺子ナット１６が螺子溝に沿って回転自在に装着され、ボール螺子ナット１６が上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット１６のボールが上下方向に移動するが、この時、当該ボールは螺子軸１８の螺旋状の螺子溝に沿って移動するから、螺子軸１８は強制的に回転駆動される。
【００４６】
また、螺子軸１８の下端部にはゴム等からなる第１のクッション部材２７が挿入され、この第１のクッション部材２７は取付部材２８で支持されている。
【００４７】
したがって、ボール螺子ナット１６が螺子軸１８の下端たる最大下降位置までストロークした時、第１クッション部材２７はボール螺子ナット１６に対する急激な衝突による衝撃の発生を防止すると共に、それ以上のボール螺子ナット１６の下降ストロークを規制するストッパとして利用される。
【００４８】
同様に、外筒２３の上方内周にはゴム等からなる第２クッション部材２６が挿入されており、ボール螺子ナット１６の最大上昇位置までストロークした時、第２クッション部材２６はボール螺子ナット１６に対する急激な衝突による衝撃の発生を防止すると共に、それ以上のボール螺子ナット１６の上昇ストロークを規制するストッパとして利用される。
【００４９】
即ち、上記機構によりボール螺子ナット１６の直線運動が螺子軸１８の回転運動に変換されることになり、上記構成により中空ロッド１９の直線運動が螺子軸１８の回転運動に変換されることとなる。
【００５０】
なお、中空ロッド１９の直線運動を回転運動に変換する機構としては上記の機構が好ましいが、同様の効果がある機構であればボール螺子ナット１６と螺子軸１８の組み合わせによらなくても良い。
【００５１】
そして、螺子軸１８の上方は、外筒２３内に軸受保持部材１５を介して取り付けられたボール軸受１３の内周に回転自在に挿入され、また、その上端部はプラネタリギア９ａ、９ｂを介して上記モータＭのシャフト６に連結され、外筒２３にモータＭのカバー１が着脱自在に結合される。
【００５２】
なお、上記プラネタリギア９ａ、９ｂを介してシャフト６と螺子軸１８とが連結されているので、上記ギア９ａ、９ｂのギア比を変化させることにより、所望する減衰力を得られるようにすることができる。
【００５３】
したがって、螺子軸１８はこのボール軸受１１と上記ボール螺子ナット１６とで回転自在に支持されているので、螺子軸１８は、円滑に回転運動を呈することが可能である。
【００５４】
上記機構によりボール螺子ナット１６の直線運動が螺子軸１８の回転運動に変換されることになり、上記構成により中空ロッド１９の直線運動が螺子軸１８の回転運動に変換されることとなる。
【００５５】
即ち、螺子軸１８の回転運動は、モータＭのシャフト６に伝達されることとなる。
【００５６】
なお、中空ロッド１９の直線運動を回転運動に変換する機構としては上記の機構が好ましいが、同様の効果がある機構であればボール螺子ナット１６と螺子軸１８の組み合わせによらなくても良い
また、螺子軸１８の回転運動を、シャフト６に伝達する方法としては、プラネタリギア９ａ、９ｂ以外にも、他の歯車機構や直接連結やトーションバーを利用しても良い。
【００５７】
以上の構成をとることで、モータＭの固定子及び回転子ＭＡはカバー１内に収められ、電磁緩衝器本体Ｄは外筒２３内に収められることになり、雨や泥水等が直接モータＭやボール螺子ナット１６、螺子軸１８に侵入することが防止されるので、それらによるモータＭ等の損傷を防ぐことができる。
【００５８】
また、モータＭを独立した部品として電磁緩衝器本体Ｄに取り付ける時に比べ、モータＭ用の本体Ｄへの取付用ブラケットや、ボルトや、ナットと言った部品を使用しなくてもカバー１を電磁緩衝器本体Ｄに直接着脱自在に結合させ、併せて外筒２３にも連接できるから、組付け等の作業の手間を省くことができ、生産性の向上が図られ、また、部品点数が少なくなるので、生産コストを低く抑えることができる。
【００５９】
さらに、モータＭが、損傷した場合にあっても、カバー１は外筒２３から、分離可能であるから、カバー１を電磁緩衝器本体Ｄからはずすことにより、モータＭ部分のみの交換で、電磁緩衝器としての機能を回復できるので、カバー１と外筒２３を一体とした場合に比べて、修理費用が安価になる効果がある。
【００６０】
引き続いて、作用について説明する。
【００６１】
車両の走行中に路面からの突き上げ入力、振動等の衝撃が中空ロッド１９に作用すると、この中空ロッド１９が外筒２３に沿って伸縮方向に直線運動する。この直線運動はボール螺子ナット１６と螺子軸１８のボール螺子機構により、螺子軸１８の回転運動に変換される。
【００６２】
すると、上記螺子軸１８の回転運動は、螺子軸１８とシャフト６が連結されているので、シャフト６に伝達される。
【００６３】
モータＭのシャフト６が回転運動を呈すると、シャフト６に取り付けられた電機子２のソレノイドも同時に回転し、上記ソレノイドが永久磁石４ａ、４ｂの磁界を横切ることとなり、誘導起電力が発生し、上述の通りモータＭの各電極を短絡等しておき、且つ、モータＭの電磁力に起因しシャフト６の回転に抗するトルクを発生するようにソレノイドに電流が流れる様にしてあるため、上記逆向きのトルクがシャフト６の回転運動を抑制することとなる。
【００６４】
このシャフト６の回転運動を抑制する作用は、シャフト６が螺子軸１８に連結されているので、螺子軸１８の回転運動を抑制するように働く。
【００６５】
すると、上記モータＭの電磁力に起因し逆向きのトルクは、螺子軸１８の回転運動を抑制するので、中空ロッド１９の外筒２３に沿う伸縮方向の直線運動を抑制する減衰力として作用し、路面からの衝撃エネルギを吸収緩和し、車両の乗り心地を向上し、操案性を向上させる。
【００６６】
以上、一連の動作により、電磁緩衝器としての機能を発揮することができるが、車両走行中には、絶えず路面から突き上げ入力等の荷重が、中空ロッド１９に負荷される。
【００６７】
そして、この負荷による螺子軸１８の回転運動に変換されモータＭのシャフト６に伝達されるのは、上述のとおりであるが、モータＭのソレノイドには、電流が頻繁に流れるので、モータＭ自身が熱を発生する。
【００６８】
すると、モータＭ自体の温度が上昇することとなるが、上述の通り、モータＭのフレームはカバー１であり、モータＭ自体に別個に設けられたモータＭを覆うフレームが無いので、熱がこもらず、熱はカバー１に伝達され、放熱することができる。
【００６９】
ここで、カバー１は、電磁緩衝器を特に車両に適用した場合には、電磁緩衝器が車軸と車両ボディとの間に取り付けられる関係上、車両走行時には、カバー１に風が当り、効果的に放熱することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、モータのフレームがカバーを兼ねているので、以下の効果を奏する。
【００７１】
（１）モータ自体に別個のフレームがないから、モータが発生する熱が、モータ内にこもることを防止できる。
【００７２】
（２）また、モータが発生する熱は外筒に伝達されるが、当該熱を外筒が効果的に放熱することができる。
【００７３】
（３）したがって、モータ自体の温度上昇を防ぐことが可能であるから、モータのソレノイドを形成する導線の絶縁被膜の化学変化等により絶縁性が劣化を防止できる。
【００７４】
（４）すると、モータの漏電等を防止できることとなるので、モータ自体の損傷を抑制できる。
【００７５】
（５）また、モータを独立した部品としたときに比べて、モータを電磁緩衝器本体に取り付ける為のブラケットやボルトやナット等の部品が不要となるので、部品点数が少なくてすむ。
【００７６】
（６）したがって、組み立て、加工が容易となるので、生産性の向上を図ることができる。
【００７７】
（７）そしてさらに、部品点数が少なくなり、加工工程を少なくでき、生産性も向上するから、生産コストも低く抑えることができる。
【００７８】
（８）モータ部分が電磁緩衝器本体から分離可能であるから、モータが故障した場合にあっても、モータ部分のみの交換で、電磁緩衝器としての機能を回復できるので、カバーと外筒を一体とした場合に比べて、修理費用が安価になる効果がある。
【００７９】
（９）モータの固定子及び回転子が外筒に覆われているので、電磁緩衝器としての機能を果たす上で重要な部分、即ち、モータ、動力伝達手段を、雨、泥水等が直接当該部分に当たることを防止されるので、当該部分を保護することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電磁緩衝器の側面断面図である。
【図２】従来の電磁緩衝器の側面図である。
【符号の説明】
１　　カバー
２　　電機子
２ａ　ソレノイド
３　　整流子
４ａ、４ｂ　　永久磁石
５　　ブラシ
６　　シャフト
７　　ブラシホルダ
８　　リード線
１６　螺子軸
１８　ボール螺子ナット
１９　中空ロッド
２３　外筒
Ｄ　　電磁緩衝器本体
Ｍ　　モータ
ＭＡ　固定子および回転子

Claims (1)

1. ボール螺子ナットとボール螺子ナット内に回転自在に螺合した螺子軸とを有する電磁緩衝器本体と、上記螺子軸に結合したモータとを有してなり、ボール螺子ナットの直線運動を螺子軸の回転運動に変換し、この回転運動をモータのシャフトに伝達して当該モータに電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフトの回転に抗するトルクをボール螺子ナットの直線運動を抑制する減衰力として利用する電磁緩衝器において、上記電磁緩衝器本体に着脱自在に装着されたカバーを設け、当該カバーにモータの固定子及び回転子を覆うフレームを兼ねさせていることを特徴とする電磁緩衝器。

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