JP2009185963A - 電磁緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】慣性モーメントの影響を緩和し、かつ、省電力でストローク長の確保も容易な緩衝器を提供することにある。
【解決手段】回転運動を直線運動に変換する運動変換機構Ｔと、運動変換機構Ｔにおける回転部材２を回転駆動するモータＭとを備えた電磁緩衝器において、モータＭのシャフト１０は、筒状に形成され、シャフト１０に挿通される回転部材２を吸引する磁石１４を備えたことを特徴とする電磁緩衝器。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構と、運動変換機構における回転部材を回転駆動するモータとを備えた電磁緩衝器に関する。

この種の電磁緩衝器としては、螺子軸と螺子軸に螺合されるボール螺子ナットとで構成される運動変換機構と、運動変換機構における回転部材である螺子軸に連結されるモータとを備えて構成されて、たとえば、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に介装されて使用される。

そして、この電磁緩衝器は、ボール螺子ナットの螺子軸に対する直線運動をモータのトルクで抑制する緩衝装置としての機能を発揮するばかりでなく、積極的に螺子軸を駆動してボール螺子ナットに推力を与えてアクティブサスペンションとしても機能することができるものである（たとえば、特許文献１参照）。

このような電磁緩衝器の場合、減衰力発生要素として回転型のモータを利用し、モータのトルクを制振対象であるバネ上部材の上下方向となる直線運動を減衰させる減衰力とするので、モータのシャフトの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構をも備えており、電磁緩衝器内の回転系における質量は大きく、慣性モーメントが大きくなる性質を備えている。

したがって、電磁緩衝器のストロークの速度が大きく変化する際、具体的には、車両が路面上の突起に乗り上げたり、溝を乗り越えたりする際に、慣性モーメントの影響によって減衰力が過剰となる場合があり、過剰な減衰力によって振動伝達の絶縁性が損なわれて、バネ下部材からバネ上部材へ振動が伝達されやすくなり、車両における乗り心地を損ねてしまう虞がある。

そこで、モータのシャフトと螺子軸とを電磁クラッチで連結するようにし、路面から突き上げ入力等の急激で大きな負荷が電磁緩衝器に入力された場合にトルクの伝達を解除するようにして、上記不具合を回避しようとする提案がある（たとえば、特許文献２参照）。

また、モータのシャフトと螺子軸とをバネ要素としてのトーションバーで連結するようにし、路面から突き上げ入力等の急激で大きな負荷が電磁緩衝器に入力された場合にトーションバーに捩れを生じさせて、バネ上部材への振動絶縁性を改善しようとする提案もある（たとえば、特許文献３参照）。
特開２００４−１１８２５（図１） 特開２００５−２５６９２７（（図１） 特開２００３−３４３６４７（図１）

しかし、上述した特開２００５−２５６９２７に開示された電磁緩衝器では、電磁クラッチを使用しており、この電磁クラッチを回転系に仕込まなくてはならず、電力供給に当たってはブラシが必要となったりして装置全体が複雑となり、コスト悪化が避けられず、電磁クラッチの駆動に電力を消費するので、省電力化には向かない。

他方、特開２００３−３４３６４７に開示された電磁緩衝器では、トーションバーを利用しているので電力消費しない点はよいのであるが、螺子軸とモータとの間にトーションバーを介装する必要があるので、その分、電磁緩衝器が長くなり、狭いスペースへの搭載が余儀なくされることも相まって、要求されるストローク長の確保が困難となる。このことは、螺子軸とモータとの間に電磁クラッチを介装する特開２００５−２５６９２７に開示された電磁緩衝器にあっても同様である。

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、車両における乗り心地を向上し、かつ、省電力でストローク長の確保も容易な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、本発明における電磁緩衝器は、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構と、運動変換機構における回転部材を回転駆動するモータとを備えた電磁緩衝器において、モータのシャフトは、筒状に形成され、シャフトに挿通される回転部材を吸引する磁石を備えたことを特徴とする。

本発明の緩衝器によれば、ストロークの速度が大きく変化する際、モータで発生するトルクの回転部材への伝達が抑制されて、慣性モーメントの影響を緩和して、緩衝器の発生減衰力が過大となることを防止できる。

さらに、本発明の緩衝器によれば、モータのシャフトを筒状として、シャフトに挿通される回転部材を吸引する磁石を備えてトルクリミッタとして機能させているので、緩衝器の全体の長さに与える影響も無いばかりか、ストローク長にも影響を与えることが無いのでストローク長の確保が容易となる。加えて、当該磁石は電力を消費しないので省電力となる。

したがって、本発明の緩衝器は、特に、狭い搭載スペースしか確保できず、かつ、省電力が要求される車両用の緩衝器として最適となる。

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、一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。図２は、一実施の形態におけるモータと回転部材の連結部分の拡大縦断面図である。図３は、他の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。図４は、他の実施の形態におけるモータと回転部材の連結部分の拡大縦断面図である。

図１に示すように、一実施の形態における緩衝器Ｄ１は、基本的には、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構Ｔと、運動変換機構Ｔにおける回転部材たる螺子軸１を回転駆動するモータＭとを備えて構成されている。

詳しく説明すると、運動変換機構Ｔは、この場合、螺子軸１と螺子軸１に螺合される回転部材たるボール螺子ナット２とで構成され、直線運動を呈する直動部材は螺子軸１とされている。そして、この緩衝器Ｄ１の場合、制振対象である一方部材と一方部材に相対的に振動する他方部材との間に介装され、具体的には、一方部材側にモータＭを、他方部材側に螺子軸１を、それぞれ連結して、一方部材と他方部材の相対振動を抑制する。

また、回転部材たるボール螺子ナット２は、図２中上端に吸引筒３に回転不能に連結されており、この吸引筒３は、後述するモータＭの筒状のシャフト１０内に挿通されている。このように、運動変換機構Ｔにおける回転部材は、直接運動変換に使用される主要部材のほかに主要部材とともに回転する吸引筒３も含まれる概念である。また、吸引筒３を用いることで、緩衝器Ｄ１のストローク中心であるボール螺子ナット２をモータＭより下方へ配置することができ、ストローク長の確保が容易となる。

そして、この運動変換機構Ｔにあっては、ボール螺子ナット２を回転させると、螺子軸１は図１中上下方向の直線運動を呈し、逆に、螺子軸１を直線運動させるとボール螺子ナット２を回転駆動することができ、これによって、直線運動を回転運動に変換することができるようになっている。

つづいて、モータＭは、図１および図２に示すように、電気子であるステータＳを内周側に保持する有頂筒状のケース１１と、ケース１１内に回転可能に収容されるロータＲと、ケース１１の図２中下端開口端に固定されてベアリング１３を介してロータＲの図２中下端を回転自在に保持するキャップ１２とを備えて構成されている。

そして、ロータＲは、筒状のシャフト１０と、シャフト１０の外周側にＮ極とＳ極が円周に沿って交互に現れるように固定されてステータＳに対向してモータ駆動に供される磁石１４とを備えて構成されており、シャフト１０内には、上述したボール螺子ナット２に連結される吸引筒３が挿通されている。

なお、吸引筒３は、キャップ１２の内周に固定されたベアリング１５によってモータＭのケース１１に回転自在に保持されており、磁石１４と対向する位置に位置決められている。

この吸引筒３は、磁石１４の磁力によって吸引され、この磁石１４の吸引力がシャフト１０と吸引筒３との軸周りの相対回転を抑制するように働き、上記相対回転を生じせしめる相対トルクが吸引力を上回るまではシャフト１０と吸引筒３とが一体となって相対回転せず、当該相対トルクが上記吸引力を上回るとシャフト１０と吸引筒３とが相対回転を生じるようになっている。

つまり、磁石１４の吸引力によって、シャフト１０と吸引筒３に固定されるボール螺子ナット２を相対回転させようとする相対トルクが一定の値になるまでは当該相対回転を規制するようになっており、磁石１４はトルクリミッタとして機能する。

そして、この緩衝器Ｄ１は、基本的には、シャフト１０とボール螺子ナット２とが磁石１４で吸引されて一体的に回転するようになっており、ボール螺子ナット２をモータＭで回転駆動することで螺子軸１に推力を与えて直線方向へ運動させることができるとともに、反対に螺子軸１を直線運動させるとボール螺子ナット２が回転運動を呈してモータＭのシャフト１０を外力によって駆動させることができ、この場合には、モータＭは逆起電力によるトルクを発生して螺子軸１の直線運動を抑制する。

すなわち、この緩衝器Ｄ１は、動力源をモータＭとしているので、モータＭに電気エネルギを与えて駆動する場合には、螺子軸１を直線運動させること、すなわちアクチュエータとしての機能を発揮でき、モータＭが外力によって強制的に回転せしめられると運動エネルギを回生して電気エネルギに変換し、回生トルクで螺子軸１の直線運動を抑制する減衰装置としての機能を発揮でき、緩衝器Ｄ１単体でアクティブサスペンションとして機能することが可能である。

他方、緩衝器Ｄ１を急激に伸縮させるような外力が入力された場合には、螺子軸１の直線運動加速度が大きく、ボール螺子ナット２を回転させるトルクが非常に大きくなって、当該シャフト１０とボール螺子ナット２とを相対回転させる相対トルクが磁石１４の吸引力に勝って、シャフト１０に対して吸引筒３がすべりボール螺子ナット２がシャフト１０に対して空回りする。すると、シャフト１０は回転せずにボール螺子ナット２のみが回転することとなり、慣性モーメントや電磁力に基づいてモータＭで発生するトルクがボール螺子ナット２へ伝達されることが抑制される。

したがって、上記のような状況下では、つまり、緩衝器Ｄ１のストロークの速度が大きく変化する際、モータＭで発生するトルクのボール螺子ナット２への伝達が抑制されて、ボール螺子ナット２には磁石１４の吸引力に応じて許容される相対トルク以上のトルクが作用しないので、モータＭの慣性モーメントの影響を緩和して、緩衝器Ｄ１の発生減衰力が過大となることを防止でき、一方部材と他方部材のいずれか一方に入力された急激な振動の一方部材と他方部材の他方への伝達が抑制されることになる。

なお、磁石１４の磁力で調整される相対トルクの設定については、緩衝器Ｄ１が適用される制振対象に応じて任意に調整することができるが、特に、緩衝器Ｄ１が車両に適用される場合には、モータＭに要求される出力トルクを満足させた上で、路面上の突起や溝の通過時に生じる慣性モーメントの影響を緩和できるように実験的、経験的に得られる値に設定すればよい。

そして、このように、緩衝器Ｄ１を車両に適用する場合には、モータＭの慣性モーメントがモータＭの電磁力に起因するトルクに重畳されて発生減衰力が過大となってしまうという慣性モーメントの影響を緩和できるので、車両における乗り心地を向上させることが可能となる。

また、換言すれば、モータＭのロータＲに大きな角加速度が作用することが抑制されるので、ロータＲ周りに固定されている磁石１４の飛散を防止でき、モータＭへの負荷も軽減することができ、緩衝器Ｄ１の信頼性が向上する。

さらに、緩衝器Ｄ１によれば、モータＭのシャフト１０を筒状として、シャフト１０に挿通される回転部材たるボール螺子ナット２を吸引する磁石１４を備えてトルクリミッタとして機能させているので、緩衝器Ｄ１の全体の長さに与える影響も無いばかりか、ストローク長にも影響を与えることが無いのでストローク長の確保が容易となる。

加えて、トルクリミッタとして機能する磁石１４は電力を消費しないので省電力となる。したがって、本実施の形態の緩衝器Ｄ１は、特に、狭い搭載スペースしか確保できず、かつ、省電力が要求される車両用の緩衝器として最適となる。

さらに、モータＭの駆動用の磁石１４が回転部材たるボール螺子ナット２を吸引する磁石を兼ねるので、トルクリミッタとしてのみ機能する磁石を別途設けることに比較してモータＭの磁気回路に影響を与える心配が無く、またさらに、別途の磁石を設けるスペースの確保も必要が無いのでモータＭを小型とすることができ、緩衝器Ｄ１が大型化してしまう心配も無い。なお、磁石１４をトルクリミッタとして機能させることは、シャフト１０に別途ボール螺子ナット２を吸引する磁石を設けることを妨げる趣旨ではなく、たとえば、モータＭの出力トルクとの関係でモータＭの駆動用の磁石１４で充分な吸引力を得られないような場合には、別途の磁石を設けるようにしてもよい。

また、磁石をトルクリミッタとして機能させるので、摩擦部分がないためトルクリミッタとして機能が劣化することがなく、メンテナンスの機会も減少する。

つづいて、図３に示した他の実施の形態の変形例における緩衝器Ｄ２について説明する。この他の実施の形態の緩衝器Ｄ２にあっては、図３および図４に示すように、運動変換機構Ｔ２における回転部材が螺子軸１と螺子軸１の上端に固定された吸引筒５とされて、この吸引筒５がモータＭのシャフト１０内に挿通され、直線運動を呈する直動部材はボール螺子ナット２とされている。そして、この緩衝器Ｄ２の場合、制振対象である一方部材と一方部材に相対的に振動する他方部材との間に介装され、具体的には、一方部材側にモータＭを、他方部材側に筒状ロッド４を介してボール螺子ナット２を、それぞれ連結して、一方部材と他方部材の相対振動を抑制する。なお、螺子軸１は、モータＭのキャップ１２に保持されたベアリング１５に回転自在に軸支されており、螺子軸１の上端に固定した吸引筒５が磁石１４に対向するように位置決められている。

すなわち、この実施の形態にあっては、吸引筒５がシャフト１０の外周に固定された磁石１４に吸引され、この磁石１４の吸引筒５を吸引する吸引力がシャフト１０と螺子軸１との軸周りの相対回転を抑制するように働き、上記相対回転を生じせしめる相対トルクが吸引力を上回るまではシャフト１０と螺子軸１とが一体となって相対回転せず、当該相対トルクが上記吸引力を上回るとシャフト１０と螺子軸１とが相対回転を生じるようになっている。

つまり、磁石１４の吸引力によって、シャフト１０と螺子軸１を相対回転させようとする相対トルクが一定の値になるまでは当該相対回転を規制するようになっており、この実施の形態にあっても、磁石１４はトルクリミッタとして機能する。

そして、この緩衝器Ｄ２は、基本的には、シャフト１０と螺子軸１と磁石１４の吸引力によって一体的に回転するようになっており、螺子軸１をモータＭで回転駆動することでボール螺子ナット２に推力を与えて直線方向へ運動させることができるとともに、反対にボール螺子ナット２を直線運動させると螺子軸１が回転運動を呈してモータＭのシャフト１０を外力によって駆動させることができ、この場合には、モータＭは逆起電力によるトルクを発生してボール螺子ナット２の直線運動を抑制する。

すなわち、この緩衝器Ｄ２にあっても、モータＭに電気エネルギを与えて駆動する場合には、ボール螺子ナット２を直線運動させること、すなわちアクチュエータとしての機能を発揮でき、モータＭが外力によって強制的に回転せしめられると運動エネルギを回生して電気エネルギに変換し、回生トルクでボール螺子ナット２の直線運動を抑制する減衰装置としての機能を発揮でき、緩衝器Ｄ２単体でアクティブサスペンションとして機能することが可能である。

他方、緩衝器Ｄ２を急激に伸縮させるような外力が入力された場合には、ボール螺子ナット２の直線運動加速度が大きく、螺子軸１を回転させるトルクが非常に大きくなって、当該シャフト１０と螺子軸１とを相対回転させる相対トルクが磁石１４の吸引力に勝って、シャフト１０に対して螺子軸１がすべりシャフト１０に対して空回りする。すると、シャフト１０は回転せずに螺子軸１のみが回転することとなり、慣性モーメントや電磁力に基づいてモータＭで発生するトルクが螺子軸１へ伝達されることが抑制される。

したがって、緩衝器Ｄ２によれば、ストロークの速度が大きく変化する際、モータＭで発生するトルクの螺子軸１への伝達が抑制されて、螺子軸１には磁石１４の吸引力に応じて許容される相対トルク以上のトルクが作用しないので、モータＭの慣性モーメントの影響を緩和して、緩衝器Ｄ２の発生減衰力が過大となることを防止でき、一方部材と他方部材のいずれか一方に入力された急激な振動の一方部材と他方部材の他方への伝達が抑制されることになる。したがって、他の実施の形態における緩衝器Ｄ２にあっても、一実施の形態における緩衝器Ｄ１が奏する上述した種々の作用効果を奏することができ、特に、車両用に最適となって車両における乗り心地を向上することができる。

また、このように、螺子軸１の上端に中空の吸引筒５を設けて磁石１４に吸引筒５を吸引させており、運動変換機構Ｔ２における回転部材の慣性重量を小さくすることができるので、運動変換機構Ｔ２における慣性モーメントが無駄に大きくなってしまうことが無いという利点があるが、吸引筒５を廃して螺子軸１の上端をモータＭのシャフト１０内に挿通して磁石１４で直接螺子軸１を吸引するようにしてもよく、また、このように螺子軸１を直接吸引させる場合には、螺子軸１の上端を筒状に形成して慣性重量を小さくするようにしてもよい。

なお、上記したところでは、運動変換機構Ｔ，Ｔ２は、螺子軸とボール螺子ナットで構成される送り螺子機構とされているが、ラックアンドピニオン、ウォームギア等の機構で構成されてもよい。

また、各図において、モータＭのシャフト１０の上端側を回転自在に支持するベアリングや吸引筒３，５の上端を回転自在に支持するベアリングを設けてよいことは当然である。

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。

一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。 一実施の形態におけるモータと回転部材の連結部分の拡大縦断面図である。 他の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。 他の実施の形態におけるモータと回転部材の連結部分の拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 螺子軸
２ ボール螺子ナット
３，５ 吸引筒
４ 筒状ロッド
１０ シャフト
１１ ケース
１２ キャップ
１３，１５ ベアリング
１４ 磁石
Ｄ１，Ｄ２ 緩衝器
Ｍ モータ
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
Ｔ，Ｔ２ 運動変換機構

Claims (4)

1. 回転運動を直線運動に変換する運動変換機構と、運動変換機構における回転部材を回転駆動するモータとを備えた電磁緩衝器において、モータのシャフトは、筒状に形成され、シャフトに挿通される回転部材を吸引する磁石を備えたことを特徴とする電磁緩衝器。
2. 磁石は、シャフトの外周に固定されてモータ駆動に供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. 運動変換機構は、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で構成され、回転部材は螺子軸とされて一端がシャフト内に挿通されることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁緩衝器。
4. 運動変換機構は、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で構成され、回転部材は螺子ナットとされ、螺子ナットはシャフト内に挿通されて磁石に吸引される吸引筒を備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁緩衝器。

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