JP2005256923A - 電磁緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】マウントを備えた電磁緩衝器の部品点数を削減し、生産コストを削減することにある。
【解決手段】車両の車軸側に連結される螺子ナット４内に回転自在に螺合される螺子軸３と、螺子軸３に連結されるモータ１と、中空なマウントＭを備え、このマウントＭ内にモータ１のステータＳを取付けるとともにモータ１のロータＲを回転自在に挿通することによりモータ１を形成した。
【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、螺子ナットを介して螺子軸の直線運動をモータの回転運動に変換する機構を有し、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。

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、上述した従来の螺子軸とモータのシャフトを連結することにより、モータに螺子軸の回転運動を伝達する構成を採用している電磁緩衝器は、特に車両に適用する際には、通常車体と車軸との間に配在されるので、以下の問題点がある。

すなわち、従来の電磁緩衝器を車両の車体に取付ける際には、別途マウントを設ける必要があるので、部品点数が増え、生産コストが増加してしまう。

そこで、本発明は、上記の不具合を勘案して創案されたものであって、その目的とするところは、マウントを備えた電磁緩衝器の部品点数を削減し、生産コストを削減することにある。

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、車両の車軸側に連結される螺子ナット内に回転自在に螺合される螺子軸と、螺子軸に連結されるモータとを備え、モータの電磁力で螺子ナットと螺子軸の軸方向の相対移動を抑制する電磁緩衝器において、車体側に連結可能な中空のマウントを設け、このマウント内にモータのステータを取付けるとともにモータのロータを回転自在に挿通することによりモータが形成されることを特徴とする。

また、第２の課題解決手段における電磁緩衝器は、第１の課題解決手段において、マウントが内筒と、車体側に連結可能な外筒と、内筒と外筒とを連結する防振ゴムとからなり、内筒内にモータのステータを取付けるとともにモータのロータを回転自在に挿通することによりモータが形成されることを特徴とする。

そして、第３の課題解決手段における電磁緩衝器は、第２の課題解決手段において、上記外筒に上方懸架バネ受けを設けたことを特徴とする。

各請求項の発明によれば、モータを独立した部品として、電磁緩衝器に取り付け無くとも良く、モータとマウントが一体となっている、すなわち、マウント内にモータが形成されているから、モータのフレームを別個に設ける必要がなく部品点数が削減され、生産コストも削減される。

さらに、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、この点でも部品点数が少なくてすむ。

また、モータは、マウント内に形成され、従来の電磁緩衝器のようにモータの上部にさらにマウントを垂直に設ける必要が無いので、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。つまり、取付スペースに制約がある部位に適用可能であって、必要なストロークを確保可能である。すなわち、省スペース化を図ることができる。したがって、特に電磁緩衝器を車両に適用する場合には、基本長を短くすることができ、車両に必要とされる緩衝器のストロークを確保できるので、車両への搭載性が向上する。

そして、マウントは車体側に取付けられるから、モータはいわゆるバネ上に配置されることとなるので、モータに路面から直接大きな荷重が入力されることを回避することができ、モータの損傷機会を減ずることが可能となる。また、モータを車体側に配置することで、モータの各電極から延設されるであろう電線をマウントの上方から取り出すことが可能であり、当該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、当該電線は車体内に収納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。

請求項３の発明によれば、マウントの外筒を上方懸架バネ受けとしているので、電磁緩衝器がフルバウンドした場合の衝撃的な荷重は車体に伝達されるようにしてあるので、この点でも、モータの損傷を防止することが可能である。

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１に示すように、第１の実施の形態における電磁緩衝器は、マウントMと、マウントM内に形成されたモータ１と、モータ１のシャフト１ａに連結された螺子軸３と、螺子ナットたるボール螺子ナット４とで構成され、螺子軸３がボール螺子ナット４に螺合され、ボール螺子ナット４の直線運動を螺子軸３の回転運動に変換し、シャフト１ａを回転させることによりモータ１に電磁力を発生させ、この電磁力に起因して発生するシャフト１ａおよび螺子軸３の回転に抗するトルクを上記ボール螺子ナット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ことが出来るものである。

詳しく説明すると、マウントＭは、内筒６０と、外筒６１と、内筒６０と外筒６１とを連結する防振ゴム６２，６３とで構成され、詳しく説明すると、内筒６０の図１中上端側には、鍔部６０ａが設けられ、また、その側部には鍔部６０ｂが設けられ、この鍔部６０ａ，６０ｂとの間には防振ゴム６２が焼結され、さらに、内筒６０の側部であって鍔部６０ｂより図１中下方には防振ゴム６３が焼結されている。そして、この内筒６０は、筒１３の上端に嵌合するジョイント部材Ｊに溶接、螺合等により固定されている。外筒６１は、筒部６１ａと、筒部６１ａの図１中上端から内周側に延設される鍔部６１ｂと、筒部６１ａの図１中下端から外周側に延設される鍔部６１ｃとで構成され、上記鍔部６１ｂが上記防振ゴム６２，６３により挟持されて内筒６０に連結されている。さらに、外筒６１の鍔部６１ｃには、マウントＭを車両の車体にボルト止め可能なように、複数のボルト用の孔６１ｄが設けられるとともに、この鍔部６１ｃは、懸架バネＫの図１中上端を支承する上方懸架バネ受けをも兼ねている。

そして、モータ１は、筒１３の上端側に固定されたマウントＭの内筒６０内に形成されている。モータ１は、ブラシレスモータを例に取ると、フレームとして機能するマウントＭの内筒６０内に、ボールベアリング７４、および、筒１３に設けられたジョイント部材Ｊの内周に嵌合するボールベアリング７，８を、介して回転自在に挿入したシャフト１ａと、内筒６０の内周に取付けられるコア７１に巻装したコイル７２と、シャフト１ａに取付けられる複数の永久磁石７３，７３とで構成され、永久磁石７３，７３はコイル７２およびコア７１に対向するように設けられている。すなわち、シャフト１ａがフレームたる内筒６０に対して回転運動を呈すると、永久磁石７３，７３も回転するので、コイル７２が上記永久磁石７３，７３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。そして、モータ１の上記各電極は、制御回路等（図示せず）に接続されるか、短絡されて閉回路とされ、電磁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ようにしておくことにより、所望の減衰力を得られるよう調整される。さらに、モータ１に積極的に電流供給を行う場合には、モータ１の電磁力に起因するトルクを調整することができ、この電磁緩衝器をアクティブサスペンションとして使用する場合には、積極的にモータ１に通電することにより、モータ１を駆動して緩衝器のみならずアクチュエータとして機能させることが可能である。

したがって、上述したところによれば、この場合、モータ１のロータＲは、シャフト１ａおよび永久磁石７３，７３により構成され、モータ１のステータＳは、コア７１およびコイル７２により構成されているが、コイル７２をシャフト１ａに、永久磁石７３，７３をフレームたる内筒６０に取付けるとしても良い。この場合には、ロータは、シャフト１ａとコイルとで構成され、ステータは永久磁石で構成されることとなる。また、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。

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が、単に電磁力に起因するトルクを発生させる限りにおいては上記位置検出手段を設ける必要はない。ただし、位置検出手段を設けることにより、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モータの制御に便利である。たとえば、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、通電する為の電線を当該素子に接続して電流を供給するとすれば良く、また、外部電源を用いずとも、シャフト１ａ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逐電しておいて、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、本実施の形態においては、筒１３にマウントＭを固定するのに、ジョイント部材Ｊを用いているが、筒１３にマウントＭの内筒６０を直接的に取付けるとしてもよい。

つづいて、螺子軸３は、その外周に螺子溝３ａが形成され、その図１中上方は螺子軸３の回転運動を上記モータ１のシャフト１ａに伝達可能なように、シャフト１ａに連結されるとともに、筒１３内に挿入されている。なお、上述の通りシャフト１ａの図１中下端は、筒１３の図１中上端内周側に設けたボールベアリング７，８に挿入されており、螺子軸３は、筒１３に対し回転することを許容されている。なお、螺子軸３とモータ１のシャフト１ａは一体的に成形されてもよい。また、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、さらに、螺子軸３の下端、すなわち、図１中下端にはクッション部材１５が設けられており、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する。

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、ボール螺子ナット４の図１中上下方向の直線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。

また、ボール螺子ナット４は、ブラケット１２内に螺着、嵌着、圧入等されて固定されるとともに、このブラケット１２は、筒状の保持部材１１に連結されている。また、このボール螺子ナット４およびブラケット１２および保持部材１１は、筒１３内に挿入されており、ブラケット１２の外周が筒１３の内周に摺接している。また、さらに、筒１３の図１中下端には、ストッパ１７で係止された環状の軸受１６が設けられており、この軸受１６の内周が、上記保持部材１１の外周に摺接している。したがって、保持部材１１は、筒１３にブラケット１２および軸受１６を介して摺動自在に挿入されている。

そして、このブラケット１２および軸受１６により保持部材１１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、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、上記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のボール螺子ナット４に対する回転も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、上記保持部材１１の図１中下端は、環状の連結部材６に嵌着されるとともに、さらに、連結部材６の下方には、車軸側に連結可能なアイ型ブラケットＢが螺着している。なお、保持部材１１を連結部材およびアイ型ブラケットＢへ取付けるには、他の慣用手段を用いるとしてもよい。したがって、この電磁緩衝器を、上述のマウントＭの外筒６１と上記アイ型ブラケットＢを介して車両の車体と車軸との間に介装することができる。

また、連結部材６の図１中上方外周には、筒５が嵌着、圧入されており、この筒５内に、環状の軸受１８，１９を介して筒１３が摺動自在に挿入されている。したがって、筒５は、保持部材１１、連結部材６およびブラケット１２を介してボール螺子ナット４に連繋しており、螺子軸３が回転すると、ボール螺子ナット４とともに筒１３に対して図１中上下方向に移動することが可能である。そして、筒５の外周図１中上方には、車両の車体と車軸との間に介装される上述の懸架バネＫの下端を支承する下方懸架バネ受け２０が設けられ、筒５の上端には、筒１３との間をシールするダストシールＤが設けられている。ちなみに、筒５と筒１３との間に設けた軸受１８，１９により、筒５に対して筒１３が軸ずれを生じて、筒５の上端部内周が筒１３の外周をかじる事態が防止されており、これにより、筒５と筒１３との間のシール性の劣化も防止されている。

また、上述のように構成された電磁緩衝器のモータ１、ボール螺子ナット４および螺子軸３は、筒５、筒１３およびマウントＭにより覆われているので、路面からの飛び石や、雨水等が直接モータ１、ボール螺子ナット４および螺子軸３に当たることが防止されている。

そして、このように構成された電磁緩衝器が伸縮する、すなわち、筒１３に対し筒５が図１中上下方向に移動すると、この筒５に連結部材６、保持部材１１およびブラケット１２を介して連結されたボール螺子ナット４も上下方向の直線運動をする。そして、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、螺子軸３に連結されたモータ１のシャフト１ａも回転し、シャフト１ａに取付けられた永久磁石７３，７３は、マウントＭの内筒６０に取付けられたコイル７２に対し回転する。すると、モータ１のコイル７２が永久磁石７３，７３の磁界を横ぎることとなり、コイル７２には誘導起電力が発生し、上述の通りモータ１の各電極を短絡等してあるから、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し、このシャフト１ａの回転に抗するトルクが螺子軸３の回転運動を抑制することとなる。

この螺子軸３の回転運動を抑制する作用は、ボール螺子ナット４の上下方向の直線運動を抑制するように働くので、ベール螺子ナット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。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。

そして、本発明の電磁緩衝器にあっては、モータ１を独立した部品として、電磁緩衝器に取り付け無くとも良く、モータ１とマウントＭが一体となっている、すなわち、マウントＭ内にモータ１が形成されているから、モータのフレームを別個に設ける必要がなく部品点数が削減され、生産コストも削減される。

さらに、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、この点でも部品点数が少なくてすむ。

また、モータ１は、マウントＭ内に形成され、従来の電磁緩衝器のようにモータ１の上部にさらにマウントを垂直に設ける必要が無いので、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。つまり、取付スペースに制約がある部位に適用可能であって、必要なストロークを確保可能である。すなわち、省スペース化を図ることができる。したがって、特に電磁緩衝器を車両に適用する場合には、基本長を短くすることができ、車両に必要とされる緩衝器のストロークを確保できるので、車両への搭載性が向上する。

また、本実施の形態にあっては、永久磁石７３，７３を取付けたシャフト１ａ以下、螺子軸３、ボール螺子ナット４、ジョイント部材Ｊ、筒５，１３、保持部材１１、連結部材６およびアイ側ブラケットＢ等をあらかじめ組付けた状態として、マウントＭにモータ１のステータ（本実施の形態の場合には、コア７１およびコイル７２等）をあらかじめ組み込んでおけば、このマウントＭに、シャフト１ａを挿入し、マウントＭの内筒６０とジョイント部材Ｊとを結合するだけで組立てることができる。すなわち、いわゆるサブアッシーすることが可能となるので、加工工程を少なくすることもできる。

そして、さらに、上述のように本実施の形態の電磁緩衝器においては、特に車両に搭載可能とする為に、マウントＭが設けられ、このマウントＭが車体に取付けられるとともに、保持部材１１の下端に設けられたブラケットＢが車軸に取付けられることにより、電磁緩衝器は車体と車軸との間に介装される。そして、図示するところでは、筒５の外周には、下方懸架バネ受け２０が設けられると同時に、マウントＭ側にも上方懸架バネ受けたる外筒６１が設けられ、この外筒６１と懸架バネ受け２０との間には懸架バネＫが介装されている。したがって、上記のように構成することにより、マウントＭは車体側に取付けられるから、モータ１はいわゆるバネ上に配置されることとなる。すなわち、電磁緩衝器を特に車両に適用する場合には、モータ１をバネ上に配置させることにより、モータ１に路面から直接大きな荷重が入力されることを回避することができ、モータ１の損傷機会を減ずることが可能となる。また、モータ１を車体側に配置することで、モータ１の各電極から延設されるであろう電線（図示せず）をマウントＭの内筒６０の上方から取り出すことが可能であり、当該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、当該電線は車体内に収納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。

なお、本実施の形態では、このマウントＭにあっては、外筒６１を上方懸架バネ受けとしているので、電磁緩衝器がフルバウンドした場合の衝撃的な荷重は車体に伝達されるようにしてあるので、この点でも、モータ１の損傷を防止することが可能である。

なお、本実施の形態では、マウントＭの外筒６１に上方懸架バネ受けを兼ねさせているが、フルバウンドした場合の衝撃的な荷重を車体に逃がしてモータ１の損傷防止という効果は失われるが、内筒６０と筒１３との間に上方懸架バネ受けを別途設けるとしてもよい。

さらに、本発明では、マウントをモータのフレームとして機能させることができる限りにおいて、マウントを図示した形状および構造以外の形状および構造とすることは差し支えない。

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。

符号の説明

１ モータ
３ 螺子軸
３ａ 螺子溝
４ 螺子ナットたるボール螺子ナット
６０ 内筒
６１ 外筒
６２，６３ 防振ゴム
７１ コア
７２ コイル
７３ 永久磁石
Ｂ アイ型ブラケット
Ｋ 懸架バネ
Ｍ マウント
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ

Claims (3)

1. 車両の車軸側に連結される螺子ナット内に回転自在に螺合される螺子軸と、螺子軸に連結されるモータとを備え、モータの電磁力で螺子ナットと螺子軸の軸方向の相対移動を抑制する電磁緩衝器において、車体側に連結可能な中空のマウントを設け、このマウント内にモータのステータを取付けるとともにモータのロータを回転自在に挿通することによりモータが形成されることを特徴とする電磁緩衝器。
2. マウントが内筒と、車体側に連結可能な外筒と、内筒と外筒とを連結する防振ゴムとからなり、内筒内にモータのステータを取付けるとともにモータのロータを回転自在に挿通することによりモータが形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁緩衝器。
3. 上記外筒に上方懸架バネ受けを設けたことを特徴とする請求項２に記載の電磁緩衝器。

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