JP2005256918A - 電磁緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存車両にアクティブサスペンションを搭載可能とするとともに、乗り心地を改善する電磁緩衝器を提供することにある。
【解決手段】 螺子ナット４と、螺子ナット４内に回転自在に螺合される螺子軸３と、モータ１とを備え、螺子軸３もしくは螺子ナット４の回転運動をモータ１のシャフト１ａに伝達可能な電磁緩衝器に、緩衝器としてだけでなくアクチュエータとしても機能させるとともに、加速度検出手段Ｇ１を設け、車両におけるバネ上部材の上下方向の加速度を検出できるようにして、既存車両にアクティブサスペンションを搭載できるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、螺子ナットに螺子軸を回転自在に螺合することにより、螺子ナットもしくは螺子軸の回転運動をモータの回転運動に変換し、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する。

従来、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。この油圧緩衝器は、高減衰力が得られる点で有利であるが反面、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。

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、提案されている（特許文献１参照、非特許文献１参照）。

この電磁緩衝器の基本構造は、ボール螺子ナットに回転自在に螺合した螺子軸と、螺子軸の一端に連結され電極を短絡したモータと、で構成され、螺子軸に対しボール螺子ナットが軸方向に移動すると、螺子軸とモータのシャフトが回転し、このシャフトの回転により発生する誘導起電力によってシャフト及び螺子軸の回転方向と逆向きのトルクを上記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ものである。
特開２００３−２２７５４３号公報（段落番号００２３，図１） 末松、須田，「自動車における電磁サスペンションの研究」，社団法人自動車技術会，学術講演会前刷集，２０００年，Ｎｏ４−００

しかし、油圧緩衝器および電磁緩衝器にあっては、車両に適用する際に以下の問題があると指摘されている。

近年、車両の姿勢制御は発展の一途をたどり、アクティブ制御手法が登場し、これを車両に適用できれば、車両の乗り心地が飛躍的に向上する。しかしながら、油圧緩衝器の場合には、伸縮時に伸縮に抗する力しか発生できないのでアクティブ制御はできず、また、従来の電磁緩衝器においても、制御回路に接続されているので減衰力を可変にできるがそのままではセミアクティブ制御は可能であるがアクティブ制御ができない。したがって、既存車両に、油圧および電磁緩衝器を適用し、ＥＣＵ（電子制御装置）を設置しただけでは、アクティブサスペンションを導入することはできなかった。

そこで、本発明は上記不具合を改善する為のものであって、その目的とするところは、既存車両にアクティブサスペンションを搭載可能とするとともに、乗り心地を改善する電磁緩衝器を提供することにある。

上記した目的を達成するため、第１の課題解決手段における電磁緩衝器は、 螺子ナットと、螺子ナット内に回転自在に螺合される螺子軸と、モータとを備え、螺子軸もしくは螺子ナットの回転運動をモータのシャフトに伝達可能な電磁緩衝器において、螺子ナットもしくは螺子軸もしくは螺子ナットおよび螺子軸の軸方向の加速度を検出する加速度検出手段を設けたことを特徴とする。

第２の課題解決手段は、第１の課題解決手段において、モータに電流を供給することによりモータが電磁力に起因して発生するトルクを調整し、当該トルクを上記螺子軸もしくは螺子ナットに負荷することで、螺子軸と螺子ナットと軸方向の相対移動を制御することを特徴とする。

第３の課題解決手段は、第２の課題解決手段において、少なくとも上記加速度検出手段で検出した値に基づいてモータに供給する電流量を調整してモータの発生するトルクを制御することを特徴とする。

第４の課題解決手段は、第１の課題解決手段において、モータに電流を供給するコントローラを備え、当該コントローラが、モータに電流を供給することによりモータが電磁力に起因して発生するトルクを調整し、当該トルクを上記螺子軸もしくは螺子ナットに負荷することで、螺子軸と螺子ナットと軸方向の相対移動を制御することを特徴とする。

第５の課題解決手段は、第４の課題解決手段において、コントローラが少なくとも上記加速度検出手段で検出した値に基づいてモータに供給する電流量を調整してモータの発生するトルクを制御することを特徴とする。

各請求項の発明によれば、従来の油圧および電磁緩衝器では、不可能であったアクティブ制御が、本発明の電磁緩衝器においてはアクティブ制御に欠かせないバネ上部材たる車体の上下方向の加速度を検出することができ、さらに、電流供給により簡易に減衰力を調整できるとともに、アクチュエータとしても使用可能であるので、従来では緩衝器以外にアクチュエータを搭載しなければ実現しなかったアクティブ制御が本発明の電磁緩衝器を車両に適用することにより可能となる。

したがって、アクティブサスペンションを搭載していない既存車両に本電磁緩衝器を適用し、その制御に必要なＥＣＵを搭載するだけで、アクティブサスペンションを既存車両に導入することができ、また、その導入は安価である。

また、請求項２および４の発明によれば、電磁緩衝器の発生する減衰力を、モータに供給する電流量を調整することにより、可変にすることができるので、車両の走行状態に適した減衰力を発生することができ、これにより、車両の乗り心地を向上することができることに加えて、アクティブ制御が可能となるので、きめ細かな車両の姿勢制御が可能となり、さらに車両における乗り心地を飛躍的に向上することができる。

そして、モータに積極的に通電することにより、車高調整や車両の姿勢を自由に変化させることが可能であるので、車両の走行性能を向上することも可能である。

さらに、請求項３および５の発明によれば、車両のバネ上加速度に基づいてモータに供給する電流量を調整して螺子ナットと螺子軸との軸方向の相対移動、すなわち、電磁緩衝器が介装されるバネ上部材とバネ下部材の上下方向の相対移動を制御するので、アクティブ制御により車両の走行状態および姿勢を詳細に把握しつつ適切な姿勢制御が可能となる。

請求項４および５の発明によれば、モータへ電流を供給するコントローラを備えた場合には、既存車両のＥＣＵの交換や、既存車両のＥＣＵへ接続も必要とならず、アクティブサスペンションの導入が一層簡易となる。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、本発明の一実施の形態における電磁緩衝器の縦断面図である。図２は、本発明の電磁緩衝器を車両に適用した状態を示す図である。図３は、本発明の一実施の形態の変形例における電磁緩衝器の縦断面図である。

図１に示すように、一実施の形態における電磁緩衝器は、基本的には、螺子ナットたるボール螺子ナット４と、ボール螺子ナット４内に回転自在に螺合される螺子軸３と、モータ１と、螺子軸３の軸方向の加速度を検出する加速度検出手段たる加速度センサＧ１とで構成され、螺子軸３の上端がモータ１のシャフト１ａに連結され、モータ１への電流供給によりモータ１の発生するトルクを調整し、螺子軸３にトルクを伝達し、この電磁緩衝器が伸縮する時のボール螺子ナット４の図１中上下方向の直線運動を制御することが出来るものである。

以下、詳細な構造について説明する。モータ１は、有底筒状の外筒２内に内設され、モータ１のシャフト１ａは、外筒２内にボールベアリング９，１０，１１を介して回転自在に挿入され、また、モータ１のシャフト１ａは螺子軸３に連結されている。なお、図示するところでは、螺子軸３とシャフト１ａとを別部材として、それぞれを連結しているが、螺子軸３とシャフト１ａとが一体的に形成されてもよい。また、外筒２の図１中上端には、車両へこの電磁緩衝器を取付ける為のブラケット２０が設けられている。

モータ１は、上記螺子軸３に連結されるシャフト１ａと、シャフト１ａの外周に取付けられた磁石７，７と、外筒２の内周であって上記磁石７，７と対向するように取付けたコア８と、コア８に嵌装したコイル６とで構成されるブラシレスモータであって、この場合、外筒２がモータ１のフレームとしての役割を果たしている。そして、モータ１の各電極（図示せず）は、図２に示すようにＥＣＵ３０に接続され、モータ１にＥＣＵ３０から電流を供給し、モータ１が電磁力に起因するトルクを発生できるようにしてあり、所望の減衰力を得られるよう設定されている。なお、ブラシレスモータの場合には、回転子の位置検出手段としてホール素子、磁気センサや光センサ等が搭載されているので、後述する制御に当り、この位置検出手段が利用できるので、回転子の回転運動の状況（回転角や角速度等）を把握することができるので電磁緩衝器の制御に便利であるとともに、別途、回転子の位置を検出する手段を設ける必要はない。ただし、もともと位置検出手段を有しないモータ、たとえば、直流ブラシ付モータ等を使用する場合には、電磁緩衝器の制御にあたり位置検出手段を設ける方が好ましい場合がある。これについては後述する。また、位置検出手段としてのホール素子を例に取れば、外部電源から当該素子に通電しておくことが必要であるが、ブラケット２０側を車両の車体側に取付けるようにし、さらに、このブラケット２０を中空としておけば、ブラケット２０内を介して上記通電する為の電線（図示せず）を当該素子に接続して電流を供給するとすれば、ブラケット２０の図１中上端側から伸びる電線を外方の制御装置、制御回路に接続する際の取り回しも、容易となり、上記電線は車体内に収容されることとなるので、電線の損傷機会も減ずることが可能となる。また、外部電源を用いずとも、ボール螺子ナット４の回転により発電されるので、この誘導起電力によって発生される電流をホール素子に供給するか、一端外部のバッテリに蓄電しておいて、このバッテリから電流を供給するとしてもよい。ちなみに、この位置検出手段に常に通電し、後述するＥＣＵ３０等に接続しておくとことにより、車両の正確な車高を検出することも可能である。なお、本実施の形態においては、コイル６を外筒２側に、磁石７，７をシャフト１ａ側に取付けているが、コイル６をシャフト１ａ側に、磁石７，７
を外筒２側に取付けるとしても良い。なお、本実施の形態においてはモータ１をブラシレスモータとしているが、電磁力発生源として使用可能であれば、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可能である。

シャフト１ａに連結された螺子軸３は、その外周に螺子溝３ａが設けられており、外筒２内に摺動自在に挿入された有底筒状の内筒５内に挿入され、さらに、この内筒５内に嵌着されたボール螺子ナット４内に回転自在に螺合されている。ここで、ボール螺子ナット４の構造は特に図示しないが、たとえば、ボール螺子ナット４の内周には、螺子軸３の螺旋状の螺子溝３ａ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４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３を前記ボール螺子ナット４に螺合された場合に、螺子軸３の螺旋状の螺子溝３ａにボール螺子ナット４のボールが嵌合し、螺子軸３の回転運動に伴いボール自体も螺子軸３の螺子溝３ａ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。

上述のように、ボール螺子ナット４には螺子軸３が螺子溝３ａに沿って回転自在に螺合され、ボール螺子ナット４が螺子軸３に対し図１中上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット４はたとえば車体もしくは車軸側に固定される内筒５により回転運動が規制されているので、螺子軸３は強制的に回転駆動される。すなわち、上記機構によりボール螺子ナット４の直線運動が螺子軸３の回転運動に変換されることとなる。また、ボール螺子ナット４が図１中下方に移動して電磁緩衝器が最伸びきり状態となったときには、螺子軸３の図１中下端に設けたクッション部材１５がボール螺子ナット４の図１中下端に当接して、螺子軸３がボール螺子ナット４から抜けてしまうことが防止されるとともに、最伸びきり時の衝撃を緩和し、最圧縮時には、螺子軸３が後述する内筒５の底部と当接することを防止して衝撃を緩和する。

なお、外筒２と内筒５との間にはダストシール（図示せず）が設けられ、これにより外筒２および内筒５で作られる空間に塵、埃や雨水等が侵入することが防止されている。ちなみに、外筒２内に内筒５が摺動自在に挿入されているが、外筒２と内筒５との間に環状の軸受を設けるとしてもよい。この場合には、外筒２の下端部内周が内筒５の外周面をかじってしまい外筒２と内筒５との間のシール性が劣化してしまう危険を防止できる。

また、外筒２内に内筒５が摺動自在に挿入されていることにより、内筒５およびボール螺子ナット４に対する螺子軸３の軸ぶれが防止されており、これにより、ボール螺子ナット４の一部のボール（図示せず）に集中して荷重がかかることを防止でき、ボールもしくは螺子軸３の螺子溝３ａが損傷する事態を避けることが可能である。また、ボールもしくは螺子軸３の螺子溝３ａの損傷を防止できるので、螺子軸３とボール螺子ナット４の回転若しくは電磁緩衝器の伸縮方向への移動の各動作の円滑さを保つことができ、上記各動作の円滑を保てるので、電磁緩衝器として機能も損なわれず、ひいては、電磁緩衝器の故障を防止できる。

また、内筒５の図１中下端にはアイ型ブラケット２１が設けられており、このアイ型ブラケット２１と上述の外筒２の図１中上端に設けたブラケット２０とを利用して、車両の車体と車軸との間に電磁緩衝器を介装することができるようになっている。

他方、加速度センサＧ１は、外筒２の側方に固定されており、この加速度センサＧ１は、外筒２の軸方向の加速度を検出することができるようになっている。すなわち、外筒２は軸方向に螺子軸３と一体的に移動するので、この加速度センサＧ１は螺子軸３の軸方向の加速度を検出できるようになっている。なお、加速度センサＧ１は、公知のものであるので、詳しくは説明しないが、螺子軸３の軸方向の加速度の大きさを検出して、信号を出力することができるのもとなっている。また、本実施の形態においては、加速度検出手段を加速度センサとしているが、速度センサを使用し、この速度センサの検出した螺子軸３の速度を微分器によって微分処理することにより加速度を得るとしてもよいし、車体と路面との変位を検出する変位センサを使用し、この検出された変位を微分器によって２回微分処理して加速度を得るとしてもよい。さらに、本実施の形態では、加速度センサＧ１を外筒２の側方に設けるとしているが、外筒２内に設けるとしてもよい。

そして、上記のように構成された電磁緩衝器は、伸縮する、すなわち、外筒２に対し内筒５が図１中上下方向に移動すると、この内筒５に連結されたボール螺子ナット４も軸方向の直線運動をする、つまり図１中上下方向の直線運動をする。このボール螺子ナット４の直線運動は、ボール螺子ナット４と螺子軸３のボール螺子機構により、螺子軸３の回転運動に変換される。

そして、螺子軸３が回転運動を呈すると、シャフト１ａも回転する。すると、モータ１内のコイル６が磁石７，７の磁界を横ぎることとなり、コイル６には誘導起電力が発生し、モータ１は、上記誘導起電力に起因するシャフト１ａの回転に抗するトルクを発生する。そして、このシャフト１ａの回転に抗するトルクは、シャフト１ａが螺子軸３に接続されているので、螺子軸３の回転を抑制し、ボール螺子ナット４の上記直線運動を抑制することとなる。なお、螺子軸３の回転に伴ってシャフト１ａが回転することにより発生する誘導起電力に起因するコイル６流れる電流と、モータ１が接続される後述のＥＣＵ３０から供給される電流との総和により電磁力を発生し、電磁緩衝器はこの電磁力に見合った減衰力を発生することとなり、ＥＣＵ３０からの電流供給により、電磁緩衝器の発生減衰力を調整することができるとともに、モータ１に供給される電流量の調整によりアクチュエータとしても使用可能となっている。

したがって、上記のモータ１のシャフト１ａの回転運動を抑制する作用は、ボール螺子ナット４の直線運動を抑制するように働くので、ボール螺子ナット４の直線運動を抑制する減衰力として作用し、振動エネルギを吸収緩和する。また、ここで、モータ１に供給される電流量を調整すれば、モータ１が発生するトルクは減衰力として作用するだけでなく、電磁緩衝器が伸縮に対し、その伸縮を増長する方向の力としても利用でき、逆に、電磁緩衝器を積極的に伸縮させることもでき、電磁緩衝器の伸縮を自由にコントロールするが可能である。

以上、一連の動作により、電磁緩衝器は減衰力を発生するだけでなくアクチュエータとしての機能を発揮することもできる。

つづいて、この電磁緩衝器を実際の車両に適用した状態について説明する。上記のように構成された電磁緩衝器は、たとえば、４輪車であれば、図２に示したように、前後左右の４箇所の車体と車軸との間に介装される。なお、この場合には、外筒２が車体側に内筒５が車軸側に取付けられている。

そして、各電磁緩衝器のモータ１および加速度センサＧ１は、電磁緩衝器用のコントローラたるＥＣＵ３０に接続されており、さらに、ＥＣＵ３０は、車両にもともと設置されているＥＣＵ３１に接続される。このＥＣＵ３０は、電磁緩衝器の制御に使用されるもので、車両に生じる横加速度を検出する横加速度センサもしくは車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサもしくは横加速度センサおよびヨーレートセンサを搭載しており、さらに、モータ１へ電流供給可能なようになっている。また、ＥＣＵ３０は、車両にもともと設置されているＥＣＵ３１から車速、操舵角等の情報を入手可能とされ、具体的には、たとえば、ハードウェアとしては図示しないが、加速度センサＧ１、横加速度センサおよびヨーレートセンサがそれぞれ検出した螺子軸の加速度すなわちバネ上部材たる車体の上下方向の加速度（以下、「車体加速度」という）、車両の横加速度およびヨーレートの各信号を受け取り、さらに、ＥＣＵ３１を介して車速や操舵角等の各信号を受け取り、前記各信号に基づいて制御力を演算し、前記制御力に見合った必要電流をモータ１へ出力できるものであれば良く、具体的にはたとえば、前記各信号増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と低周波及び高周波成分をカットするバンドパスフィルタと、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインからなるコンピュータシステムとモータ１を駆動する駆動回路とから構成され、制御力の演算に使用される制御ゲインおよび制御力の演算処理手順と制御信号出力手順は、プログラムとしてＲＯＭに予め格納させておくとする周知なシステムで良い。なお、上述のブラシレスモータとしてのモータ１の場合には、駆動回路は、たとえば、電圧源に接続されるＰＷＭ回路と、ＰＷＭ回路に接続されるベースドライブ回路と、ベースドライブ回路に接続されるトランジスタインバータと、回転ロジックとで構成される周知のものが使用可能であり、その他、そのモータの種類に応じて電流量を調整可能なものが使用できる。

また、本実施の形態では、ＥＣＵ３０を、車両搭載済みのＥＣＵ３１に接続するとしているが、車速センサや操舵角センサを搭載している車両にあっては、これらセンサにＥＣＵ３０を直接接続するとしてもよく、この場合には、ＥＣＵ３０をＥＣＵ３１に接続する必要はない。また、もともと、各種センサおよびこれらセンサに接続されるＥＣＵを搭載した車両にあっては、電磁緩衝器側に駆動回路を搭載させるとしておけば、ＥＣＵ内のＲＯＭを本発明に使用されるであろうプログラムが格納されるＲＯＭに交換して、このＥＣＵを電磁緩衝器のコントローラとして使用してもよい。なお、上記したところでは、アクティブ制御に際して、車体加速度、車両の横加速度、ヨーレート、車速、操舵角等を制御力演算に際して使用するとしているが、車体の上下方向の速度を微分して得られる加速度もしくは車体加速度以外の値で制御則に不必要なものについては使用しなくともよい。したがって、使用されるアクティブ制御の制御則に応じて、車体の上下方向の速度を微分して得られる加速度もしくは車体加速度以外の値については取捨選択して使用すればよい。なお、車体加速度については、上述したように、車体の上下方向の速度や車体の上下方向の変位を微分処理して算出することができるので、車体加速度以外に車体の上下方向の速度や車体の上下方向の変位を検出してこれらの値を車体加速度の代用として使用してもよいことは無論である。

そして、上述のように電磁緩衝器が車両に適用された場合についての作用を説明すると、車両走行中に、電磁緩衝器に路面から振動が入力されると、バネ上部材たる車体側の上下方向の加速度、すなわち、車体に連結されている螺子軸３の軸方向の加速度を加速度センサＧ１が検出する。そして、この検出結果をＥＣＵ３０に送る。さらに、ＥＣＵ３０には、横加速度、ヨーレート、車速、操舵角の各信号を受け取り、この各信号、すなわち、車体加速度、車両の横加速度、ヨーレート、車速、操舵角の値にもとづき、制御ゲインを決定し、あらかじめプログラムされている演算処理手順に従い電磁緩衝器が発生すべき制御力たる減衰力を演算する。この減衰力は４箇所に設置されている電磁緩衝器毎にそれぞれ算出される。そしてさらに、この演算された減衰力を電磁緩衝器に発生させるべく、各電磁緩衝器のモータ１にそれぞれ電流を供給する。

すると、モータ１は、螺子軸３の回転に伴ってシャフト１ａが回転することにより発生する誘導起電力に起因するコイル６に流れる電流と、上記ＥＣＵ３０から供給される電流との総和により電磁力を発生し、電磁緩衝器はこの電磁力に見合った軸方向の力を発生することとなる。そして、上記ＥＣＵ３０の演算処理は車両走行中常に繰り返し行われ、ＥＣＵ３０は、この演算処理により得られる制御力たる軸方向の力を電磁緩衝器に発生させるように制御する。ここで、電磁緩衝器は、モータ１にＥＣＵ３０から電流供給されることにより、ボール螺子ナット４と螺子軸３との軸方向の相対移動を抑制する減衰力を発生可能と同時に、電磁緩衝器の伸長もしくは収縮を助長する方向の力を発生することが可能である。すなわち、一般の緩衝器では、その伸長もしくは収縮を抑制する方向の力、すなわち、減衰力しか発生できないが、本実施の形態における電磁緩衝器においては、モータ１に積極的に通電することにより、アクチュエータとしても使用可能となる。

したがって、従来の油圧および電磁緩衝器では、不可能であったアクティブ制御が、本発明の電磁緩衝器においてはアクティブ制御に欠かせないバネ上部材たる車体の上下方向の加速度を検出することができ、さらに、電流供給により簡易に減衰力を調整できるとともに、アクチュエータとしても使用可能であるので、従来では緩衝器以外にアクチュエータを搭載しなければ実現しなかったアクティブ制御が本発明の電磁緩衝器を車両に適用することにより可能となる。

また、電磁緩衝器の発生する減衰力を、モータに供給する電流量を調整することにより、可変にすることができるので、車両の走行状態に適した減衰力を発生することができ、これにより、車両の乗り心地を向上することができることに加えて、アクティブ制御が可能となるので、きめ細かな車両の姿勢制御が可能となり、さらに車両における乗り心地を飛躍的に向上することができる。

そして、モータに積極的に通電することにより、車高調整や車両の姿勢を自由に変化させることが可能であるので、車両の走行性能を向上することも可能である。

以上より、アクティブサスペンションを搭載していない既存車両に本電磁緩衝器を適用し、その制御に必要なＥＣＵを搭載するだけで、アクティブサスペンションを既存車両に導入することができ、また、その導入は安価である。

また、車両のバネ上加速度に基づいてモータに供給する電流量を調整してボール螺子ナットと螺子軸との軸方向の相対移動、すなわち、電磁緩衝器が介装されるバネ上部材とバネ下部材の上下方向の相対移動を制御するので、アクティブ制御により車両の走行状態および姿勢を詳細に把握しつつ適切な姿勢制御が可能となる。

さらに、モータへ電流を供給するコントローラたるＥＣＵを備えた場合には、既存車両のＥＣＵの交換や、既存車両のＥＣＵへ接続も必要とならず、アクティブサスペンションの導入が一層簡易となる。

なお、本実施の形態においては、加速度センサＧ１を外筒２側に設け、外筒２を車両の車体側に連結するとしているが、図２に示すようにモータ１が位置検出手段を備えていることから内筒５側に加速度センサＧ２を設けるとして、加速度センサＧ１を省略するとしてもよい。この場合には、上記位置検出手段によりモータ１のシャフト１ａの回転数や回転速度を検出することができる。そして、特に回転速度を微分処理すると内筒５に対する外筒２の軸方向の相対加速度を得ることができるので、加速度センサＧ２で検出される内筒５の軸方向の加速度に上記相対加速度を加算すれば上記バネ上部材たる車体の車体加速度を得ることができる。したがって、特にモータ１がブラシレスモータとされるのであれば、バネ下部材に連結される内筒２のみに加速度センサＧ２を設けるとしてもよく、また、モータ１がブラシレスモータ以外のモータであっても、回転子の位置検出を行える位置検出手段を設けるとした場合には、同様に、内筒５のみに加速度センサＧ２を設けることが可能となる。この場合にも、バネ上部材たる車体の車体加速度を得ることができるので、アクティブ制御が可能となることは言うまでもない。なお、逆に外筒２を車軸側に内筒５を車体側に連結する場合には、位置検出手段を備えたもしくは位置検出手段を設けたモータを使用する限りにおいては、外筒２もしくは内筒５に、すなわち、螺子軸３側もしくはボール螺子ナット４側のどちらに加速度センサを設けてもよい。また、精密な制御を行う場合にあっては、外筒２もしくは内筒５に、すなわち、螺子軸３側もしくはボール螺子ナット４側の両方に加速度センサを設けるとしてもよい。

なお、４輪車の場合、電磁緩衝器は、各車体と車軸との間の４箇所に配在されることとなるが、一箇所のみについては、加速度センサを設けない電磁緩衝器としてもよい。すなわち、車体加速度が３箇所で検出される場合には、残りの検出されない車体加速度は、車体を剛体として考えると、３箇所の車体加速度から算出することができるからである。

またさらに、上記実施の形態の変形例について説明する。上述したところにおいては、螺子軸３が回転運動をするとしているが、この変形例では、逆に、図３に示すように、電磁緩衝器を螺子軸３の軸方向の直線運動をボール螺子ナット４の回転運動に変換して、このボール螺子ナット４の回転運動をモータ５１のシャフト５１ａに伝達する構成とされている。この場合には、ボール螺子ナット４の外周に駆動側歯車６２ｂを設け、この駆動側歯車６２ｂに噛合する従動側歯車６２ａを設け、さらに、この従動側歯車６２ａをモータ５１のシャフト５１ａに連結するとして、駆動側歯車６２ｂと従動側歯車６２ａで構成される歯車機構Ｄを介してボール螺子ナット４の回転運動をモータ５１のシャフト５１ａに伝達できるようにしておき、螺子軸３の直線運動をボール螺子ナット４の回転運動に変換し、上記回転運動をモータ５１のシャフト５１ａに伝達して上記モータ５１に電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフト５１ａの回転に抗するトルクを上記螺子軸３の直線運動を抑制する減衰力として利用し、ボール螺子ナット４と螺子軸３との軸方向の相対移動を抑制するとしている。

この変形例の電磁緩衝器について、詳しく説明すると、螺子軸３には、その図３中下端に電磁緩衝器が適用される箇所へ取付可能なように、アイ型ブラケット５０が設けられているとともに、加速度センサＧ２が取付けられている。そして、この螺子軸３は、ボール螺子ナット４内に回転自在に螺合されるとともに、外筒５５内に挿入されている。

また、外筒５５は有底筒状であって、その図３中上端には、電磁緩衝器が適用される箇所へ取付可能なように図示しないブラケットが設けられている。したがって、この電磁緩衝器を特に車両に適用する場合には、上記アイ型ブラケット５０および図示しないブラケットを介して、車体と車軸との間に電磁緩衝器を介装することが可能なようになっている。

そしてまた、外筒５５の図３中下端は、中空なハウジング５９に連結され、このハウジング５９には、孔５９ａ，５９ｂ，５９ｃおよび穴５９ｄが設けられ、外筒５５は、ハウジング５９の孔５９ａ，５９ｂと同心となるようにハウジング５９に連結されている。さらに、ハウジング５９の孔５９ａ，５９ｂの内周には、それぞれボールベアリング４０，４１が嵌合され、このボールベアリング４０，４１内には上記ボール螺子ナット４が嵌合している。したがって、ボール螺子ナット４はハウジング５９に対して回転することができる。

また、ハウジング５９の孔５９ｃおよび穴５９ｄにも、ボールベアリング４２，４３が設けられるとともに、このボールベアリング４２，４３内には、回転軸６０が嵌合されている。さらに、このハウジング５９には、孔５９ｃと同芯となるように、筒６５が結合されており、この筒６５内には、モータ１と同様の構成のモータ５１が固着されるとともに、筒６５の図３中上端には、加速度センサＧ１が取付けられている。なお、加速度センサＧ１は外筒５５に取付けてもよい。

上述のように、ボール螺子ナット４には螺子軸３が螺子溝３ａに沿って回転自在に螺合され、螺子軸３がボール螺子ナット４に対し図３中上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット４はハウジング５９により図３中上下方向の移動が規制され、回転のみ許容されているので、ボール螺子ナット４は強制的に回転駆動される。すなわち、上記機構により螺子軸３の直線運動がボール螺子ナット４の回転運動に変換されることとなる。

他方、歯車機構Ｄは、図３に示すように、上記回転軸６０に外周に形成した従動歯車６２ａと、ボール螺子ナット４の外周に形成した駆動歯車６２ｂとからなり、各歯車６２ａ、６２ｂの歯が、互いに噛み合うように水平に配置されてハウジング５９内に回転自在に挿入されおり、さらに、回転軸６０は、モータ５１のシャフト５１ａに連結されている。

なお、各歯車６２ａ、６２ｂは、たとえばインボリュート歯車等の周知の歯車を使用すればよく、本実施の形態では２つの歯車を使用しているが、３つ以上の歯車列を使用してもよい。

上記のように各歯車６２ａ、６２ｂの軸心が横方向にオフセットされていることにより、各歯車６２ａ、６２ｂに結合したモータ５１の軸心とボール螺子ナット４の軸心が横方向にずれており、その結果、モータ５１は外筒６５の外側においてボール螺子ナット４の側方に並行に配置される。

そして、上記の構成をとることにより、モータ５１は、ボール螺子ナット４の側方に配置されるので、従来の電磁緩衝器のようにモータ１を螺子軸３の上部に垂直に設ける必要が無いので、言い換えればモータ５１を外筒５５と並行に配置したことにより、緩衝器に必要なストローク確保ができ、基本長も短くすることができる。すなわち、省スペース化を図ることができる。

なお、モータ５１をボール螺子ナット４の側方近傍に配置しているが、上述のように歯車列を使用して、モータ５１をボール螺子ナット４から離れた位置に配置することも可能である。したがって、たとえば、モータ５１のみを車体内に配置するようにして雨水や泥、飛び石などによるモータ５１の損傷を防止することができる。

上記構成により、螺子軸３の図３中上下方向の直線運動によるボール螺子ナット４の回転運動は、駆動歯車６２ｂと従動歯車６２ａとが互いに噛み合っているので、モータ５１のシャフト５１ａに伝達されることとなり、その結果、モータ５１が回転し、その電磁力に起因して発生するシャフト５１ａの回転に抗するトルクが歯車機構Ｄを介してボール螺子ナット４の回転を抑制する減衰力として作用する。

なお、上記したところでは、駆動歯車と従動歯車を水平配置してボール螺子ナット４の回転運動をモータ５１に伝達しているが、各歯車を傘歯車として、ボール螺子ナット４に対するモータ５１の取付角度を変化させることも可能である。この場合には、上記取付角度の調節が可能であるから、適用する車両の構造にあわせて、本発明にかかる電磁緩衝器を取付けることが出来ることとなる。したがって、新造又は既存車両のレイアウトに左右されずに電磁緩衝器を取付ることが可能である。また、傘歯車の種類は何でも良いが、はすば傘歯車等の円滑な伝動が可能であるものが好ましい。

さらには、ボール螺子ナット４の回転運動をモータ５１のシャフト５１ａに伝達するには、歯車機構Ｄ以外に、摩擦車機構やベルト機構を使用してもよい。

このように構成された電磁緩衝器は、伸縮すると、螺子軸３が図３中上下に直線運動を呈することとなるが、この直線運動がボール螺子ナット４の回転運動に変換され、さらに、このボール螺子ナット４の回転運動は、歯車機構Ｄを介してシャフト５１ａに伝達される。したがって、モータ５１の発生する電磁力に起因するシャフト５１ａの回転に抗するトルクは、ボール螺子ナット４の回転を抑制することとなり、このボール螺子ナット４の回転を抑制する作用が、螺子軸３の直線運動を抑制することとなるので、結果的に、ボール螺子ナット４と螺子軸３の軸方向の相対移動を抑制する減衰力として作用し、また、モータ５１に電流を供給することにより電磁緩衝器をアクチュエータとしても使用可能である。

そして、この場合も加速度センサＧ１により、もしくは加速度センサＧ２により、もしくは、加速度センサＧ１，Ｇ２の一方とモータ５１側で検出する螺子軸３とボール螺子ナット４との相対加速度とにより、バネ上部材たる車体の車体加速度を検出することができるので、アクティブ制御が可能となる。また、この場合にあっても、加速度センサはどちらか一方のみを使用するとしてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の一実施の形態における電磁緩衝器の縦断面図である。 本発明の電磁緩衝器を車両に適用した状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における電磁緩衝器の縦断面図である。

符号の説明

１，５１ モータ
１ａ，５１ａ シャフト
３ 螺子軸
３ａ 螺子溝
４ 螺子ナットたるボール螺子ナット
３０ コントローラたるＥＣＵ

Claims (5)

1. 螺子ナットと、螺子ナット内に回転自在に螺合される螺子軸と、モータとを備え、螺子軸もしくは螺子ナットの回転運動をモータのシャフトに伝達可能な電磁緩衝器において、螺子ナットもしくは螺子軸もしくは螺子ナットおよび螺子軸の軸方向の加速度を検出する加速度検出手段を設けたことを特徴とする電磁緩衝器。
2. モータに電流を供給することによりモータが電磁力に起因して発生するトルクを調整し、当該トルクを上記螺子軸もしくは螺子ナットに負荷することで、螺子軸と螺子ナットと軸方向の相対移動を制御することを特徴とする請求項１に記載の電磁緩衝器。
3. 少なくとも上記加速度検出手段で検出した値に基づいてモータに供給する電流量を調整してモータの発生するトルクを制御することを特徴とする請求項２に記載の電磁緩衝器。
4. モータに電流を供給するコントローラを備え、当該コントローラが、モータに電流を供給することによりモータが電磁力に起因して発生するトルクを調整し、当該トルクを上記螺子軸もしくは螺子ナットに負荷することで、螺子軸と螺子ナットと軸方向の相対移動を制御することを特徴とする請求項１に記載の電磁緩衝器。
5. コントローラが少なくとも上記加速度検出手段で検出した値に基づいてモータに供給する電流量を調整してモータの発生するトルクを制御することを特徴とする請求項４に記載の電磁緩衝器。

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