JP2007028713A - Linear actuator and vibration isolator using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動型のリニアアクチュエータ、及び、これを加振手段として組み込んだ防振装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration type linear actuator and a vibration isolator incorporating the same as a vibration means.
一般に、振動型のリニアアクチュエータは、永久磁石や磁性材からなる可動子と、コイルを備える固定子とを備えてなり、コイルを励磁させることで可動子を軸方向に往復動させるように構成されている。 In general, a vibration type linear actuator includes a mover made of a permanent magnet or a magnetic material, and a stator having a coil, and is configured to reciprocate the mover in the axial direction by exciting the coil. ing.
最近、自動車の防振装置においては、優れた振動抑制効果を得るために、リニアアクチュエータを加振手段として組み込んで、防振すべき振動に対応した加振力を及ぼすことにより振動を相殺的に抑制したり、入力振動に応じてバネ特性を積極的に変更して低動バネ化させたり、といった能動型の防振装置が提案されている(下記特許文献1,2参照)。
上記特許文献1,2に開示されたリニアアクチュエータにおいては、可動子を固定子に対して軸方向に位置決めした状態で相対変位可能に支持するために、可動子の軸方向両端部が板バネを介して固定子に結合されており、板バネの弾性変形に基づいて可動子は軸方向に往復動可能となっている。 In the linear actuators disclosed in Patent Documents 1 and 2, both ends in the axial direction of the mover have leaf springs in order to support the mover in a state where the mover is positioned in the axial direction relative to the stator. The movable element is reciprocally movable in the axial direction based on the elastic deformation of the leaf spring.
このように従来のリニアアクチュエータでは、可動子と固定子は、軸方向の両端部に配した板バネを介して弾性的に結合されており、可動子と固定子の間には隙間が存在していた。そのため、この隙間に異物が侵入することがあり、誤動作の要因となったり、可動子のスムーズな動きが阻害されるなど、リニアアクチュエータの耐久性を損なうおそれがある。 As described above, in the conventional linear actuator, the mover and the stator are elastically coupled via the leaf springs arranged at both ends in the axial direction, and there is a gap between the mover and the stator. It was. For this reason, foreign matter may enter the gap, which may cause malfunction and impair the durability of the linear actuator, such as hindering the smooth movement of the mover.
また、軸方向の両端部に板バネを設けるスペースを確保する必要があり、その分、リニアアクチュエータの軸方向寸法が大きくなる。 Further, it is necessary to secure a space for providing leaf springs at both ends in the axial direction, and accordingly, the axial dimension of the linear actuator increases.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、耐久性を向上することができるとともに、軸方向寸法を小さくして小型化を図ることができるリニアアクチュエータを提供し、また、これを加振手段として組み込むことで、耐久性に優れるとともに小型化が図られる能動型の防振装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a linear actuator that can improve durability and can be reduced in size by reducing the axial dimension. An object of the present invention is to provide an active vibration isolator that is excellent in durability and can be downsized by being incorporated as a means.
本発明に係るリニアアクチュエータは、コイルを備える固定子と、前記コイルが励磁されることで往復動可能な可動子とを備えてなり、前記固定子と前記可動子が両者間に介在したゴム状弾性体で結合されたものである。このように固定子と可動子の間に介設したゴム状弾性体によって可動子を固定子に対して往復動可能に支持するので、上記従来の板バネが不要となり、その分軸方向寸法が小さくなって、リニアアクチュエータの小型化が図られる。また、固定子と可動子の間に介設されたゴム状弾性体により、異物の侵入が防止されて耐久性を高めることができる。 A linear actuator according to the present invention includes a stator including a coil and a mover that can reciprocate when the coil is excited, and the stator and the mover are interposed between the two. They are connected by an elastic body. As described above, since the mover is supported by the rubber-like elastic body interposed between the stator and the mover so as to reciprocate with respect to the stator, the conventional leaf spring is not required, and the dimension in the axial direction is reduced. As a result, the linear actuator can be reduced in size. In addition, the rubber-like elastic body interposed between the stator and the mover prevents the intrusion of foreign matters and can enhance the durability.
上記リニアアクチュエータにおいては、前記可動子が柱状をなし、前記固定子が、前記可動子の外周を取り囲む環状をなして、前記可動子を軸方向に往復動可能に支持しており、前記可動子の外側面と該外側面に対向する前記固定子の内側面との隙間が前記ゴム状弾性体で満たされていることが好ましい。このように可動子と固定子の隙間をゴム状弾性体で埋めることにより、可動子と固定子の間への異物の侵入を皆無にすることができる。 In the linear actuator, the movable element has a columnar shape, and the stator has an annular shape surrounding the outer periphery of the movable element, and supports the movable element so as to be capable of reciprocating in the axial direction. It is preferable that a gap between the outer surface of the stator and the inner surface of the stator facing the outer surface is filled with the rubber-like elastic body. By thus filling the gap between the mover and the stator with a rubber-like elastic body, it is possible to eliminate the entry of foreign matter between the mover and the stator.
上記リニアアクチュエータにおいては、前記可動子の径方向外方側に外側部材を備えるとともに、前記可動子と該外側部材の間に前記ゴム状弾性体が一体に加硫成形されており、この加硫成形体が前記固定子の内側面に圧入されていることが好ましい。このように構成することで、ゴム状弾性体を介して結合される固定子と可動子との組付け性に優れる。 In the linear actuator, an outer member is provided on the radially outer side of the movable element, and the rubber-like elastic body is integrally vulcanized and molded between the movable element and the outer member. It is preferable that the molded body is press-fitted into the inner surface of the stator. By comprising in this way, it is excellent in the assembly | attachment property of the stator and mover couple | bonded through a rubber-like elastic body.
上記リニアアクチュエータは、前記可動子が磁性材からなり、前記固定子は、径方向内方に向かって突出する磁極部を有し、前記磁極部には、軸方向に隣合って異極をなす少なくとも一対の永久磁石が配されるとともに、前記コイルが前記一対の永久磁石を通る磁束を発生可能に前記磁極部の周りに巻回されており、前記コイルの励磁により発生する起磁力と前記各永久磁石のそれぞれの起磁力との組み合わせにより、前記可動子を軸方向に往復動させるように構成されることが好ましい。このような鉄心可動形の構成とすることで、可動子の往復動により発生する力の立ち上がりの遅れをなくすることができ、迅速かつスムーズな可動子の駆動制御が可能となる。また、鉄心可動形のために、外径を大きくすることなく、大きな出力を得ることができる。 In the linear actuator, the mover is made of a magnetic material, and the stator has a magnetic pole portion protruding radially inward, and the magnetic pole portion has a different polarity adjacent to each other in the axial direction. At least a pair of permanent magnets are arranged, and the coil is wound around the magnetic pole portion so as to be able to generate a magnetic flux passing through the pair of permanent magnets. It is preferable that the mover is configured to reciprocate in the axial direction in combination with the magnetomotive force of each permanent magnet. By adopting such an iron core movable configuration, it is possible to eliminate the delay in the rise of the force generated by the reciprocating motion of the mover, and to enable quick and smooth drive control of the mover. Moreover, since the iron core is movable, a large output can be obtained without increasing the outer diameter.
本発明の防振装置は、上記リニアアクチュエータを加振手段として備えるものであり、特に、筒状の内側取付部材と、該内側取付部材を取り囲む外側取付部材と、前記内側取付部材と外側取付部材との間に介設されて両者を結合する本体ゴム部とを備え、前記リニアアクチュエータの前記可動子が前記内側取付部材に対して内側取付部材の軸方向に加振可能に接続されたものであることが好ましい。例えば、前記内側取付部材がショックアブソーバのロッドの上端部に取り付けられるものであり、前記外側取付部材が車体側に取り付けられるサスペンションサポートが好適なものとして挙げられる。 The vibration isolator of the present invention comprises the linear actuator as a vibration means, and in particular, a cylindrical inner mounting member, an outer mounting member surrounding the inner mounting member, the inner mounting member and the outer mounting member. A main body rubber portion that is interposed between the movable body and the movable member of the linear actuator is connected to the inner mounting member so as to vibrate in the axial direction of the inner mounting member. Preferably there is. For example, a suspension support in which the inner attachment member is attached to the upper end portion of a shock absorber rod and the outer attachment member is attached to the vehicle body side is preferable.
上記リニアアクチュエータでは、可動子と固定子を両者間に介設したゴム状弾性体で結合するので、板バネで結合する従来タイプに比べて、一般的には可動子の振幅が小さく、そのため、大きい振幅が要求される用途には適用が困難である。これに対し、上記構成の防振装置における加振手段としてであれば、可動子に要求される振幅が小さいので、上記リニアアクチュエータを好適に組み込むことができ、これにより、防振装置の耐久性を向上し、また軸方向における小型化が図られる。 In the above linear actuator, since the mover and the stator are coupled by a rubber-like elastic body interposed between them, the amplitude of the mover is generally smaller than that of the conventional type coupled by a leaf spring. It is difficult to apply to applications that require a large amplitude. On the other hand, if it is as a vibration means in the vibration isolator having the above configuration, the amplitude required for the mover is small, so that the linear actuator can be suitably incorporated, thereby improving the durability of the vibration isolator. And miniaturization in the axial direction.
以上のように、本発明によれば、リニアアクチュエータおよびこれを組み込んだ防振装置の耐久性を向上することができるとともに、小型化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the durability of the linear actuator and the vibration isolator incorporating the linear actuator can be improved, and the size can be reduced.
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る防振装置10の使用状態での縦断面図である。この防振装置10は、ショックアブソーバ100のロッド102の上端部102aに取り付けられる筒状の内側取付部材12と、車体パネルやフレーム及びこれらに対する連結部材を含む概念である車体104に取り付けられる外側取付部材14と、これら内側取付部材12と外側取付部材14との間に配されて両者を連結することで軸方向Lにおける振動を減衰させる本体ゴム部16とを備えるサスペンションサポート(アッパーサポート)である。なお、図1中、符号108は、ゴム製のバウンドストッパ、符号110は、バウンドストッパに埋設されたダイナミックダンパー、符号112は、サスペンションのコイルスプリング、符号114は、コイルスプリングの上端を支持するためのスプリングシート、をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a
内側取付部材12は、ロッド上端部102aが挿通する筒状をなした金属製の筒部材18と、その上端面に連結されてロッド上端部102aを受け入れる金属製の受け部材20とからなる。筒部材18は、その軸方向中間部の外周面に軸直角方向に突出したフランジ部22を備え、該フランジ部22が埋設されるよう、筒部材18の外周部に本体ゴム部16が加硫接着されている。受け部材20は、略円柱状をなして、下方に開口する凹部24を有し、該凹部24内にロッド上端部102aが挿入固定される。
The
外側取付部材14は、車体104に設けられた円形の取付用開口部106に対してこれを下面側から塞ぐように取り付けられる円板状の金属製板部材26と、この板部材26の外周部下面側に取り付けられる金属製のカップ状部材28とからなる。板部材26は、その中央部に上記筒部材18が挿通する貫通孔26aを備え、その外周部においてボルト30およびナット32で車体開口部106の下面周縁部に取付固定される。カップ状部材28は、上方に開口する容器状をなし、その底壁中央部にロッド102が挿通される貫通孔28aが設けられている。また、カップ状部材28の上端の開口縁部が外側に延びるフランジ部28bとして形成され、該フランジ部28bが板部材26の外周部に重合されて上記ボルト30およびナット32で固定されている。そして、このように板部材26とカップ状部材28を組み合わせることで、両者間に本体ゴム部16の収容空間34が形成されており、該収容空間34に本体ゴム部16を収容することにより、内側取付部材12と外側取付部材14との間が本体ゴム部16を介して弾性的に結合されている。
The outer mounting member 14 includes a disk-shaped metal plate member 26 that is mounted so as to close the
この防振装置10には、電磁石により駆動される加振手段としてのリニアアクチュエータ36(以下、「アクチュエータ」と称する)が設けられている。アクチュエータ36は、内側取付部材12を介してロッドの上端部102aに連結されて、ロッド102をその軸方向Lに加振するように設けられている。特に、本実施形態の場合、アクチュエータ36は、不図示のタイヤからロッド102に伝わる軸方向Lの振動に基づいて電気的に制御され、該軸方向振動に応じてロッド102に振動を与えるように構成されている。
The
アクチュエータ36は、車体開口部106の上面側に取り付けられたハウジング部材38内に収容されている。ハウジング部材38は、筒状の本体部40と、その上端開口部を塞ぐようにボルト41で固定された天板部42とからなり、本体部40の下端の外側へのフランジ部40aが、上記板部材26およびカップ状部材28とともに、ボルト30およびナット32で、車体104に固定されるようになっている。なお、符号39は、本体部40に設けられた窓であり、本体部の直径方向に対向して設けられている。
The
ここで、図2〜6に基づき、本実施形態に係るアクチュエータ36の構成について説明する。
Here, based on FIGS. 2-6, the structure of the
アクチュエータ36は、コイル44を備える固定子46と、該コイル44が励磁されることで往復動する円柱状の可動子48とを備えてなる。固定子46は、可動子48の外周を取り囲む環状をなして、その中空部において可動子48を軸方向Lに往復動可能に支持するものである。詳細には、固定子46は、電磁鋼板等の磁性金属よりなる多数の環状(主に角形環状)の金属板を積層してなるヨーク50と、該ヨーク50の中央部において可動子48を挟んで相対向するように両側より径方向内方に向かって突出する磁極部52,52を有している。一方、可動子48は、前記と同様の磁性金属よりなる多数の金属板を積層してなる可動子鉄心として構成されており、この例では、軸方向Lに延びるパイプ部材54の軸方向中間部における外周面に固設されている。
The
図4〜6にも示すように、可動子48に対向する固定子46の磁極部52,52の先端つまり内端には、可動子48の往復動方向(上下方向)に隣合った状態で並んで可動子48に対向する上下一対の円弧板状をなす永久磁石56,58が、それらの磁極が互いにNS交互の異極をなすように、前記往復移動方向と直交する方向(左右方向)に磁極を並べて、かつ互いの磁極(N極とS極)の並びが逆になる状態に配設されている。なお、上側の永久磁石56の上端から下側の永久磁石58の下端までの長さは、可動子48の上下方向(軸方向)の長さよりも長くなっている。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
そして、固定子46の磁極部52には、その周りにコイル44を巻回、つまり前記往復動方向と直交する方向(図2の左右方向)の軸心周りにコイル44を巻回して、前記一対の永久磁石56,58を通る磁束を発生可能に構成してある。
The
図の場合は、一対の永久磁石56,58が、可動子48を挟んで対向する固定子46の二つの磁極部52,52の内端部にそれぞれ設けられており、両磁極部52,52それぞれの永久磁石56,58は、前記往復移動方向と直交する方向で可動子48を挟んで対向するとともに、この対向する磁極が互いに異極をなすように磁極の並びを左右で逆にして配設されている。これに対応して、コイル44についても、それぞれが各永久磁石より外方に位置する状態で磁極部52,52に巻回されて配置されている。
In the case of the figure, a pair of
図4に示すように、前記一対のコイル44,44は互いに接続されている。図4,5に示すように、この実施形態では、右側の上下一対の永久磁石56,58のうち上側の永久磁石56は、可動子48と対向する面側がN極、反対面側がS極であり、下側の永久磁石58は、可動子48と対向する面側がS極、反対面側がN極である。左側の一対の永久磁石56,58のうち上側の永久磁石56は、可動子48と対向する面側がS極、反対側がN極であり、下側の永久磁石58は、可動子48と対向する面側がN極、反対側がS極である。図4,5において、白抜きの左右方向を向いた矢印は永久磁石56,58の起磁力の向きを表す。この起磁力は上側では左側を向き、下側では右側を向いている。
As shown in FIG. 4, the pair of
上記の構成により、コイル44への非通電時は、左右の磁極部52,52における永久磁石56,58による磁束が該両磁石に対向する可動子48の部分を通じて短絡している。そして、図5に示すように、コイル44に正方向の電流が流れると、コイル44に矢印方向の起磁力が発生し、その結果、上側の永久磁石56の起磁力の向きと、コイル44の起磁力の向き(図5の矢印)とが同一になって、磁石の磁束が合成されて起磁力が強まり、他方、下側の永久磁石58の起磁力の向きと、コイル44の起磁力の向きとが反対になって、両者の起磁力が相殺されて弱まる。その結果、可動子48に上向きの力(白抜きの矢印で示してある)が作用して、可動子48は上昇する。
With the above configuration, when the
また、図6に示すように、コイル44に逆方向の電流(負電流)が流れると、前記とは反対に、上側の永久磁石56の起磁力の向きと、コイル44の起磁力の向きとが反対になって磁束が相殺され起磁力が弱まるとともに、下側の永久磁石58の起磁力の向きと、コイル44の起磁力の向きとが同一になって、この下側で磁石の磁束が合成されて起磁力が強まる。これにより、可動子48に下向きの力(白抜きの矢印で示してある)が作用して、可動子48は下降する。そして、前記コイル44の電流の向きが正逆に交互に変わることで、可動子48は上下に往復動する。
As shown in FIG. 6, when a current (negative current) in the reverse direction flows through the
このような構成を持つアクチュエータ36において、本実施形態では、図2に示すように、固定子46と可動子48が両者間に介在したゴム状弾性体60で結合されている(なお、上記の図4〜6では該ゴム状弾性体60を省略している)。ゴム状弾性体60は、可動子48の外側面48aと、これに対向する固定子46の内側面46a(図3参照)との隙間を満たすように設けられている。
In the
詳細には、図3に示すように、可動子48を挟んだ径方向外方側に一対の樹脂製の外側部材62,62が設けられ、可動子48と外側部材62との間にゴム状弾性体60が一体に加硫成形されている。そして、この加硫成形体63を、固定子46の内側面46a、詳細には上記左右一対の磁極部52,52の内端面にそれぞれ設けられた永久磁石56,58間に圧入し挟持させることで、可動子48は固定子46にゴム状弾性体60を介して結合されている。従って、より正確には、可動子48と永久磁石56,58との間の隙間が、外側部材62を介在させた状態でゴム状弾性体60により埋められている。なお、かかる左右の一対の外側部材62に代えて、可動子48を取り囲む筒状の外側部材を設け、該外側部材と可動子48との間に全周にわたってゴム状弾性体60を加硫成形してもよい。
Specifically, as shown in FIG. 3, a pair of resin
以上よりなるアクチュエータ36は、図1に示すように、固定子46を、その外周部においてボルト64により天板部42の下面に締結することで、車体104側に固定されている。また、可動子48は、軸部材66を介して内側取付部材12に対し軸方向Lに加振可能に接続されている。軸部材66は、パイプ部材54内に挿通されて、上端部をナット68で締め付けることで、可動子48に対して固定されている。なお、ハウジング部材38の天板部42の中央部には、前記ナット68が通り抜けできる開口が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
軸部材66は、ロッド上端部102aの上方においてその軸心と同軸の縦姿勢に設けられ、その下端部66aが、車体開口部106から上方に突出した前記受け部材20に対して固定されることで、ロッド上端部102aに結合されている。この実施形態では、軸部材66は、緩衝部材70を介してロッド上端部102aに連結されている。緩衝部材70は、円柱状のゴム部材であり、その下面に上記受け部材20の上面が加硫接着され、上面に金属板72が加硫接着されている。そして、金属板72に凹部72aが設けられて、この凹部72aに、前記軸部材66の下端部66aが嵌入固定されている。
The
このようにして防振装置10に組み込まれた可動鉄心形のアクチュエータ36は、コイル44に正弦波交流を流すことにより軸部材66を上下動させることができ、これに連結されたロッド上端部102aに対して正弦波曲線の振動を与えることができる。また、コイル44に流れる電流を制御することにより、その振動状態を制御することができ、もってロッド上端部102aに付与する振動を任意に制御することができる。
In this way, the movable iron-
例えば、車室内の騒音(タイヤの空洞共鳴に起因する車室内の騒音など)を低減するため、アクチュエータ36は、ロッド102の軸方向における所定の周波数域の振動を打ち消すような振動を、ロッド102に与えるように駆動制御される。そのため、例えば、ロッド102の軸方向における振動を検出する加速度センサを設け、そこからの信号に基づいてアクチュエータ36を駆動制御する駆動信号を生成し、これをアクチュエータ36に入力するように構成すればよい。
For example, in order to reduce vehicle interior noise (such as vehicle interior noise due to tire cavity resonance), the
以上よりなる本実施形態であると、アクチュエータ36の固定子46と可動子48とがゴム状弾性体60で結合されることで往復動可能に支持されているので、上記従来の板バネの分だけ軸方向寸法が小さく、そのためアクチュエータ36が小型化され、結果として防振装置10としての小型化も図られている。また、固定子46と可動子48との隙間がゴム状弾性体60で埋められているので、この部分への異物の侵入が防止され、そのため、異物の侵入による誤作動や可動子48のスムーズな動きが阻害されることがなく、耐久性を高めることができる。
In the present embodiment configured as described above, the
また、上記アクチュエータ36であると、また、互いに異極をなす一対の永久磁石56,58のそれぞれの起磁力の向きと、コイル44に生じる起磁力との組み合わせにより、比較的コンパクトな装置でありながら、大きな出力が得られる。なお、アクチュエータ36としては、上記した鉄心可動形のものが好ましいが、本発明では、これに限定されず、例えば、可動子に永久磁石を設けたムービングマグネット型や、ソレノイド型等の各種電磁式リニアアクチュエータに適用することができる。また、可動子が固定子の中空部内で駆動されるタイプだけでなく、可動子が固定子の外周を取り囲むタイプのものにも適用することができる。
The
上記アクチュエータ36は、可動子48と固定子46を両者間に介設したゴム状弾性体60で結合するので、板バネで結合する従来タイプに比べて、一般的には可動子48の振幅が小さい。しかしながら、上記した構成を持つ防振装置10であると、フランジ部22の存在によって内側取付部材12の軸方向Lにおける振幅がそもそも小さいので、このような可動子48の振幅の小さいアクチュエータ36であっても効果的に使用することができる。なお、このような観点から上記リニアアクチュエータは、サスペンションサポートに特に好適に用いられるが、これに限定されるものではなく、エンジンマウントなど他の防振装置にも適用することができ、その他、各種装置に使用することができる。
Since the
10…防振装置、12…内側取付部材、14…外側取付部材、16…本体ゴム部、36…リニアアクチュエータ、44…コイル、46…固定子、46a…内側面、48…可動子、48a…外側面、52…磁極部、56,58…永久磁石、60…ゴム状弾性体、62…外側部材、63…加硫成形体、100…ショックアブソーバ、102…ロッド、102a…上端部、104…車体、L…軸方向
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