JP2005069433A - Magnetic spring mechanism and vibration insulating mechanism using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車、電車、船舶などの乗物のシートに用いられるサスペンション機構等における除振システムに組み込むことができる磁気バネ機構及び該磁気バネ機構を用いた除振機構に関する。 The present invention relates to a magnetic spring mechanism that can be incorporated into a vibration isolation system in a suspension mechanism or the like used for a vehicle seat such as an automobile, a train, and a ship, and a vibration isolation mechanism that uses the magnetic spring mechanism.
近年、永久磁石を利用した磁気バネ機構を減衰装置として用い、これに、金属バネやゴム等の弾性部材を組み合わせた除振機構が知られており、本出願人も種々の機構を提案している。例えば、特許文献1及び特許文献2には、固定側と可動側とのそれぞれに永久磁石を配置して、それらの反発力や吸引力を利用することにより、所定の変位範囲においては、荷重が減少し、その範囲におけるバネ定数が負となる荷重特性を備えた磁気バネ機構を開示している。この磁気バネ機構に、荷重−変位特性の傾きがほぼ同じ正のバネ定数を有する金属バネ等の弾性部材を組み合わせ、所定の変位範囲においては両者の重畳されたバネ定数が略ゼロとなる定荷重領域を設定し、その範囲で負荷質量の平衡点を支持するように設けた除振機構を構成することができる。バネ定数が略ゼロとなる領域を有しているため、加速度伝達率を抑制し、低周波から高周波まで広い周波数帯域での除振を可能としている。
特許文献1や特許文献2の除振機構は上記のような優れた特性を有するものの、可動側が固定側に対して実質的に直線方向に動作するように形成されている。従って、これらの除振機構は、制御対象物に対して可動側が直線方向に動作するように取り付けられる。例えば、図8に示したような車両用シートを支持するサスペンション機構においては、所定の変位範囲において、変位量の増大に対して荷重が減少する荷重特性を備えた磁気バネ機構(マグネットユニット)の固定側を基台部に連結し、可動側を車両用シートに取り付けられる支持部に連結して用いられ、該磁気バネ機構(マグネットユニット)において荷重が減少する変位範囲で、逆に、荷重が増加する正の荷重特性を備えたトーションバーを組み合わせ、定荷重領域を有する除振機構を構成している。かかる磁気バネ機構(マグネットユニット)は可動側が実質的に直線方向に動作するものであるため、回転方向に弾性が機能する正の荷重特性を備えたトーションバーとは、全く独立して基台部及び支持部に取り付ける必要がある。従って、かかる磁気バネ機構(マグネットユニット)を配置するためには、直線方向への動作を確保し得る大きさの所定の取付スペースが必要となる。
Although the vibration isolation mechanisms of
本発明は上記に鑑みなされたものであり、トーションバーなどの回転方向にトルクを発生する部材と共に用いる場合に、従来の磁気バネ機構と比較して取付スペースが小さくて済み、車両のサスペンション機構などの適用対象物の構造の簡素化、あるいは小型化を図ることができる磁気バネ機構及び該磁気バネ機構を用いた除振機構を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and when used together with a member that generates torque in the rotational direction, such as a torsion bar, the mounting space is small compared to a conventional magnetic spring mechanism, and a vehicle suspension mechanism, etc. An object of the present invention is to provide a magnetic spring mechanism capable of simplifying or downsizing the structure of the object to be applied and a vibration isolation mechanism using the magnetic spring mechanism.
本発明者は、上記した課題を解決するため、可動側磁石を固定側磁石に対して相対的に回転方向に動作させることに着目し、本発明を完成するに至った。
すなわち、請求項1記載の本発明では、固定側磁石と、該固定側磁石に対して相対的に回転方向に変位可能に設けられた可動側磁石とを備えて構成され、
可動側磁石の角変位の変化量の増大に対し、固定側磁石と可動側磁石とから構成される磁気回路により発生する回転トルクが減少する角変位範囲を有する角変位−トルク特性を具備することを特徴とする磁気バネ機構を提供する。
請求項2記載の本発明では、前記固定側磁石が、固定フレームに略円弧状に配置され、
前記可動側磁石が、略円弧状に配置された固定側磁石の円弧方向に沿って平行に回動可能な可動フレームに取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の磁気バネ機構を提供する。
請求項3記載の本発明では、前記固定フレームが、所定間隔をおいて2つ対向配置され、そのそれぞれに前記固定側磁石が略円弧状に設けられ、
前記可動フレームが、前記2つの固定フレーム間に回動可能に設けられていることを特徴とする請求項2記載の磁気バネ機構を提供する。
請求項4記載の本発明では、請求項1〜3のいずれか1に記載の磁気バネ機構と、
前記磁気バネ機構の回転トルクが減少する角変位範囲において、可動側磁石の角変位の変化量の増大に伴って回転トルクが増大する角変位−トルク特性を備え、前記可動側磁石を回転方向に付勢する弾性部材と
を具備し、
前記磁気バネ機構と前記弾性部材とを組み合わせることにより、前記角変位範囲における両者を合成した回転トルクがほぼ一定となる特性を有することを特徴とする除振機構を提供する。
請求項5記載の本発明では、前記弾性部材が、前記可動フレームを回転方向に付勢する金属バネから構成されることを特徴とする請求項4記載の除振機構を提供する。
請求項6記載の本発明では、前記金属バネが、トーションバーからなり、前記可動フレームが、該トーションバーに連結されていることを特徴とする請求項5記載の除振機構を提供する。
請求項7記載の本発明では、基台部と任意の負荷体を支持する支持部とを備え、基台部に対して該支持部を前記弾性部材により弾性的に支持する車両のサスペンション機構に取り付けられることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1に記載の除振機構を提供する。
In order to solve the above-described problems, the present inventor has focused on moving the movable side magnet in the rotational direction relative to the fixed side magnet, and has completed the present invention.
That is, the present invention according to
An angular displacement-torque characteristic having an angular displacement range in which a rotational torque generated by a magnetic circuit composed of a fixed side magnet and a movable side magnet decreases with an increase in the amount of change in the angular displacement of the movable side magnet. A magnetic spring mechanism is provided.
In this invention of Claim 2, the said stationary side magnet is arrange | positioned at the fixed frame at substantially arc shape,
2. The magnetic spring mechanism according to
In this invention of Claim 3, two said fixed frames are arrange | positioned facing predetermined intervals, and the said fixed side magnet is provided in the substantially circular arc shape in each,
The magnetic spring mechanism according to claim 2, wherein the movable frame is rotatably provided between the two fixed frames.
In this invention of Claim 4, the magnetic spring mechanism of any one of Claims 1-3,
In the angular displacement range in which the rotational torque of the magnetic spring mechanism decreases, an angular displacement-torque characteristic in which the rotational torque increases as the amount of change in the angular displacement of the movable magnet increases, and the movable magnet in the rotational direction is provided. An elastic member for biasing,
By providing the magnetic spring mechanism and the elastic member in combination, there is provided a vibration isolation mechanism having a characteristic that a rotational torque obtained by combining both in the angular displacement range is substantially constant.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the vibration isolation mechanism according to the fourth aspect, wherein the elastic member is constituted by a metal spring that urges the movable frame in the rotation direction.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the vibration isolation mechanism according to the fifth aspect, wherein the metal spring comprises a torsion bar, and the movable frame is connected to the torsion bar.
According to the seventh aspect of the present invention, there is provided a vehicle suspension mechanism that includes a base portion and a support portion that supports an arbitrary load body, and elastically supports the support portion with respect to the base portion by the elastic member. The vibration isolation mechanism according to any one of claims 4 to 6, wherein the vibration isolation mechanism is attached.
本発明によれば、固定側磁石と、該固定側磁石に対して相対的に回転方向に変位可能に設けられた可動側磁石とを備えて構成され、可動側磁石の角変位の変化量の増大に対し、固定側磁石と可動側磁石とから構成される磁気回路により発生する回転トルクが減少する角変位範囲を有する角変位−トルク特性を具備する。従って、可動側磁石を、トーションバーなどのように回転方向にトルクを発生する部材と共に回転動作するように装着することができる。すなわち、トーションバーなどの回転方向にトルクを発生する部材に可動側磁石の回転基部を支持させることができるため、トーションバーなどの取付スペース付近に設けることができ、従来の直線動作する磁気バネ機構のように、独立した取付スペースを確保する必要がなく、回転方向にトルクを発生する部材と磁気バネ機構とを用いた除振機構の構造の簡素化、小型化を図ることができる。 According to the present invention, the fixed-side magnet and the movable-side magnet provided so as to be displaceable in the rotational direction relative to the fixed-side magnet are configured, and the amount of change in the angular displacement of the movable-side magnet is With respect to the increase, an angular displacement-torque characteristic having an angular displacement range in which the rotational torque generated by the magnetic circuit composed of the fixed side magnet and the movable side magnet decreases is provided. Therefore, the movable magnet can be mounted so as to rotate together with a member that generates torque in the rotation direction, such as a torsion bar. That is, since the rotation base of the movable magnet can be supported by a member that generates torque in the rotation direction such as a torsion bar, it can be provided near the mounting space of the torsion bar or the like, and a conventional magnetic spring mechanism that operates linearly Thus, it is not necessary to secure an independent mounting space, and the structure of the vibration isolation mechanism using the member that generates torque in the rotation direction and the magnetic spring mechanism can be simplified and downsized.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳しく説明する。図1〜図5は、本発明の一の実施形態に係る磁気バネ機構1を示す図である。これらの図に示したように、本実施形態の磁気バネ機構1は、固定フレーム10,11と可動フレーム20とを備えて構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on the drawings. 1-5 is a figure which shows the
固定フレーム10,11は、所定間隔をおいて対向配置される2枚の板状体から形成されている。図においては、固定フレーム10,11を略三角形に形成し、頂部付近及び底辺両端付近を、それぞれ間隔保持用のリベット12によって連結し、所定間隔を隔てて互いに対面するように設けている。
The
可動フレーム20は、上記した固定フレーム10,11間に配置されると共に、上端付近に軸部材21を備えている。そして、この軸部材21が、固定フレーム10,11の頂部付近に穿設した貫通孔10a,11aに挿通されて軸支される。
The
固定フレーム10,11は、例えば、図8に示したようなサスペンション機構であれば、基台部に固定され、可動フレーム20に設けた軸部材21が、トーションバーの回転側に連結されて配設される。トーションバー自体は、一端を固定して支持し、他端を回転可能に支持する必要があることから、いずれにしても、回転側の端部については、これを回転可能に軸支する部材が必要となるが、本実施形態では、可動フレーム20の軸部材21に連結することにより、固定フレーム10,11がトーションバーの端部を回転可能に支持する部材を兼用することになる。すなわち、磁気バネ機構1が、トーションバーを軸支する部材としても機能することになるため、従来のように、トーションバーを軸支する部材のほかに、独立した磁気バネ機構を配設する必要があった構造と比較して、トーションバーなどの弾性部材と磁気バネ機構との組み合わせからなる除振機構の構造の簡素化、あるいは除振機構の小型化を図ることができる。
For example, in the case of the suspension mechanism as shown in FIG. 8, the
固定フレーム10,11における各対向面には、永久磁石からなる固定側磁石30,31が設けられ、可動フレーム20には、永久磁石からなる可動側磁石40が設けられる。固定側磁石30,31は、可動側磁石40が、可動フレーム20と共に、回転方向に動作するため、回転動作中に、できるだけ、可動側磁石40と対面し続けるように、該可動側磁石40の動作軌道と略平行に、略円弧状に形成されている。逆に言えば、可動側磁石40は、可動フレーム20において、略円弧状に設けられた固定側磁石30,31に対して、回転動作中にできるだけ対面し得る位置に取り付けられる。具体的には、可動フレーム20の下端付近には、各固定側磁石30,31に対面する開口部22が開設され、この開口部22が形成された内部に可動側磁石40が保持され、該可動側磁石40の各磁極面が各開口部22を介して、固定側磁石30,31の磁極面と対向するように設けられている。
On the opposing surfaces of the
固定側磁石30,31及び可動側磁石40における着磁方向あるいは着磁する磁極の種類は、可動側磁石40が固定側磁石30,31に対して相対変位する際に、所定の角変位範囲において、固定側磁石30,31と可動側磁石40とにより形成される磁気回路の回転トルクが、角変位の変化量の増大に対して減少する角変位−トルク特性を有する限り、限定されるものではない。本実施形態では、図5に示したように設けている。
The direction of magnetization in the
すなわち、一方の固定フレーム10に固定される固定側磁石30は、他方の固定フレーム11との対向方向に(すなわち、厚み方向に)着磁した略扇形の2つの永久磁石30a,30bを、異極同士が隣接するように円弧状に配置し、他方の固定フレーム11に固定される永久磁石31は、同じく厚み方向に着磁した略扇形の2つの永久磁石31a,31bを、異極同士が隣接し、かつ、一方の固定フレーム10に固定された対向する永久磁石30a,30bとそれぞれ同極同士が対向するように設けている。また、可動側磁石40は、可動フレーム20の回転方向に沿って、かつ、固定側磁石30,31のうち、N極同士が対向する永久磁石30a,31a側に、該可動側磁石40のN極側が位置するように設けている。
That is, the fixed-
かかる構成からなる磁気バネ機構1は、次のように作用する。例えば、可動フレーム20と共に回転方向に動作する可動側磁石40の中心が、図4及び図5に示したように、各固定側磁石30,31の円弧方向の中央部、すなわち、一方の固定側磁石30を構成する2つの永久磁石30a,30bの境界及び他方の固定側磁石31を構成する2つの永久磁石31a,31bの境界と一致する位置を中立位置としてセットする。この中立位置を角変位量0(deg)とし、可動フレーム20を、軸部材21を中心として前後方向に回転させる。この結果得られた角変位−トルク特性の一例が、図6に示したものである。
The
図6から明らかなように、角変位約−13(deg)〜約+13(deg)の範囲において、角変位の変化量が増大するに従って、回転トルク(N・m)が小さくなる角変位範囲が存在することがわかる。従って、かかる範囲において、回転トルクが大きくなる角変位−トルク特性を備えた弾性部材により、上記可動フレーム20を回転方向に付勢すれば、かかる角変位範囲における重畳された角変位−トルク特性がほぼ一定となる。
As is apparent from FIG. 6, there is an angular displacement range in which the rotational torque (N · m) decreases as the change amount of the angular displacement increases in the angular displacement range of about −13 (deg) to about +13 (deg). You can see that it exists. Accordingly, if the
図7は、弾性部材としてのトーションバーを、可動フレーム20の軸部材21に連結した際の角変位−トルク特性を示すものである。ここで用いたトーションバーは、磁気バネ機構1の可動フレーム20が、中立位置よりも後方(又は前方)から中立位置を経てその前方(又は後方)に回転する際に、角変位の変化量の増大に伴って回転トルクが小さくなっていく範囲において、その傾きとほぼ同じ大きさの正の傾きを備えたバネ特性を有するものである。このため、角変位約−13(deg)〜約+13(deg)においては、磁気バネ機構1とトーションバーとの重畳された特性として、図7において太い実線で示したように、角変位の変化量の増大に伴っては回転トルクが変化しないバネ定数が略ゼロとなる定荷重領域が生じることになる。
FIG. 7 shows angular displacement-torque characteristics when a torsion bar as an elastic member is connected to the
従って、図8に示したようなサスペンション機構に用いる場合、トーションバーによって支持される支持部に任意の負荷体を載置し、平衡状態となったときに、磁気バネ機構1において、可動フレーム20が中立位置に存在するようにセットすれば、中立位置の前後の範囲で定荷重領域が得られ、高い除振性能が得られる。
Therefore, when used in the suspension mechanism as shown in FIG. 8, when the arbitrary load body is placed on the support portion supported by the torsion bar and is in an equilibrium state, the
なお、上記実施形態においては、回転方向に正のバネ特性を備えたトルクを発生させる弾性部材として、トーションバーを用いている。これにより、図8に示したようなトーションバーを利用したサスペンション機構(除振機構)の構成を簡素化できるという利点を備えている。しかしながら、弾性部材としては、回転方向に正のバネ特性を付与できるものであればよく、磁気バネ機構1の可動フレーム20に連結される部材を介して、コイルスプリングなどの他の金属バネ、あるいはゴムなどを用いて付勢する構造とすることも可能である。また、上記実施形態では、固定側磁石30,31をそれぞれ略円弧状に配置しているが、永久磁石の大きさや可動フレーム20の回転可能角度等によっては、略直線状に配置することもできる。同様の理由から、固定側磁石30,31を構成する各永久磁石30a,30b,31a,31bを、略扇形ではなく、略角形に形成することもできる。また、上記実施形態では、それぞれ2つの永久磁石により各固定側磁石30,31を構成し、1つの永久磁石によりに可動側磁石40を構成しているが、永久磁石の使用数は、所定の角変位範囲において回転トルクが減少する負のバネ特性の領域を有する限り、限定されるものではない。
さらに、除振機構の具体的な適用例として車両のサスペンション機構を例示したが、これに限定されるものではない。また、図8に示したサスペンション機構は、マグネットユニットとトーションバーなどの弾性部材とから構成される除振機構に、減衰機構としてのダンパを組み合わせているが、例えば、車両用のシートなどに適用する場合には、本発明の除振機構に、減衰機構としての粘弾性ウレタンを組み合わせて用いることもできる。
In the above embodiment, a torsion bar is used as an elastic member that generates torque having a positive spring characteristic in the rotation direction. Accordingly, there is an advantage that the configuration of the suspension mechanism (vibration isolation mechanism) using the torsion bar as shown in FIG. 8 can be simplified. However, any elastic member may be used as long as it can impart a positive spring characteristic in the rotation direction, and other metal springs such as a coil spring through a member connected to the
Furthermore, although a vehicle suspension mechanism is illustrated as a specific application example of the vibration isolation mechanism, the present invention is not limited to this. The suspension mechanism shown in FIG. 8 combines a vibration damping mechanism composed of a magnet unit and an elastic member such as a torsion bar with a damper as a damping mechanism. For example, the suspension mechanism is applied to a vehicle seat or the like. In this case, viscoelastic urethane as a damping mechanism may be used in combination with the vibration isolation mechanism of the present invention.
1 磁気バネ機構
10,11 固定フレーム
20 可動フレーム
21 軸部材
30,31 固定側磁石
40 可動側磁石
DESCRIPTION OF
Claims (7)
可動側磁石の角変位の変化量の増大に対し、固定側磁石と可動側磁石とから構成される磁気回路により発生する回転トルクが減少する角変位範囲を有する角変位−トルク特性を具備することを特徴とする磁気バネ機構。 A fixed-side magnet, and a movable-side magnet provided so as to be displaceable in the rotational direction relative to the fixed-side magnet.
An angular displacement-torque characteristic having an angular displacement range in which a rotational torque generated by a magnetic circuit composed of a fixed side magnet and a movable side magnet decreases with an increase in the amount of change in the angular displacement of the movable side magnet. Magnetic spring mechanism characterized by
前記可動側磁石が、略円弧状に配置された固定側磁石の円弧方向に沿って平行に回動可能な可動フレームに取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の磁気バネ機構。 The stationary magnet is disposed in a substantially arc shape on the stationary frame;
The magnetic spring mechanism according to claim 1, wherein the movable side magnet is attached to a movable frame that can rotate in parallel along the arc direction of the fixed side magnet arranged in a substantially arc shape.
前記可動フレームが、前記2つの固定フレーム間に回動可能に設けられていることを特徴とする請求項2記載の磁気バネ機構。 Two fixed frames are arranged opposite to each other at a predetermined interval, and the fixed side magnet is provided in a substantially arc shape in each of the fixed frames,
The magnetic spring mechanism according to claim 2, wherein the movable frame is rotatably provided between the two fixed frames.
前記磁気バネ機構の回転トルクが減少する角変位範囲において、可動側磁石の角変位の変化量の増大に伴って回転トルクが増大する角変位−トルク特性を備え、前記可動側磁石を回転方向に付勢する弾性部材と
を具備し、
前記磁気バネ機構と前記弾性部材とを組み合わせることにより、前記角変位範囲における両者を合成した回転トルクがほぼ一定となる特性を有することを特徴とする除振機構。 The magnetic spring mechanism according to any one of claims 1 to 3,
In the angular displacement range in which the rotational torque of the magnetic spring mechanism decreases, an angular displacement-torque characteristic in which the rotational torque increases as the amount of change in the angular displacement of the movable magnet increases, and the movable magnet in the rotational direction is provided. An elastic member for biasing,
A vibration isolation mechanism characterized by combining the magnetic spring mechanism and the elastic member so that a rotational torque obtained by combining both in the angular displacement range is substantially constant.
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