JP2009293716A

JP2009293716A - 電磁緩衝器

Info

Publication number: JP2009293716A
Application number: JP2008148752A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yukitake; 康博行竹
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】モータ相間に高電圧が発生することを防止した電磁緩衝器を提供する。
【解決手段】モータ制御装置10は、ステータコイル7aの電流を制御するステータコイル制御部21と、界磁コイル6aの界磁電流を制御する界磁コイル制御部22と、センサ手段23とを有している。ねじ軸が極限位置まで移動して、モータの各相Uc,Vc,Wc間に高電圧が発生しそうな場合または発生した場合には、界磁電流を弱める制御を行う。
【選択図】図２

Description

この発明は、電磁緩衝器に関し、特に、ねじ軸が軸方向に直線移動する形態で使用される電磁緩衝器に関する。

電磁緩衝器として、ねじ軸、ボールねじナットおよび永久磁石式同期モータを備え、ボールねじナットが回転して、ねじ軸が軸方向に直線移動する形態で使用されるものが知られている（特許文献１）。
特開２００５−２６４９９２号公報

上記従来の電磁緩衝器では、通常、外部から強い力を受けた場合のねじ軸の所定量以上の移動を防止するために、ストッパが設けられる。ストッパによってねじ軸が停止する直前は、ねじ軸が高速で移動し、ボールねじナットが高速で回転しているため、ねじ軸の急激な停止によって、モータ相間に高電圧が発生し、これによって機器が故障する可能性がある。

この発明の目的は、モータ相間に高電圧が発生することを防止した電磁緩衝器を提供することにある。

この発明による電磁緩衝器は、モータステータおよびモータロータからなるモータと、直線移動することでモータロータを回転させるねじ軸と、モータの制御装置とを備えている電磁緩衝器において、ねじ軸の位置を検出する位置検出センサを含むセンサ手段をさらに備えており、モータロータに界磁コイルが設けられるとともに、モータ制御装置は、ステータコイル電流を制御するステータコイル制御部と、ねじ軸が極限位置に到達した際に界磁コイルの界磁電流を弱める界磁コイル制御部とを有していることを特徴とするものである。

従来、永久磁石による界磁とされていたモータロータがコイルによる界磁とされることにより、この界磁コイルの界磁電流を制御することができ、センサ手段からの情報に基づいて機器の故障や信頼性低下が発生しないように界磁電流がコントロールされる。例えば、ねじ軸が極限位置に到達した際、ねじ軸が高速で直線移動してモータステータが高電圧となるが、界磁電流を弱める（例えば遮断する）ことにより、誘起電圧を制御してモータステータが高電圧になることを防止することができる。

センサ手段は、少なくともねじ軸の位置を検出する位置検出センサを含み、好ましくは、モータロータの回転速度の検出センサ、ねじ軸の速度検出センサおよび／またはねじ軸の加速度の検出センサなどをさらに含むものとされる。

ねじ軸の位置を検出する位置検出センサは、例えば、ストッパがハウジング等に衝突する手前（接触する直前またはわずかに接触した時点）までねじ軸が移動したことを検出するためのもので、ハウジングの適宜な位置に設置される。

ストッパがハウジング等に衝突すると、モータロータが急停止し、この場合、モータの相間に高電圧が発生し、機器（ドライバ素子やリレーなど）の故障につながる可能性がある。そこで、このような高電圧が発生する可能性がある条件をセンサ手段で検出し、この条件となった場合に、モータロータの界磁コイルの界磁電流を弱めることで、相間電圧が抑制され、これにより、モータの信頼性が向上する。

モータの相間に高電圧が発生する条件は、ストッパがハウジング等に衝突する以外に、モータロータの高速回転があり、モータロータの回転速度またはねじ軸の直線移動速度を検出することで、この条件による機器の故障も防止される。

電磁緩衝器は、例えば、上下にのびるねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道溝にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ボールねじナットと一体で回転する中空状のモータロータおよびハウジング内径に固定された円筒状のモータステータからなる三相界磁コイル型同期モータとを備えているものとされる。

ボールねじナットは、例えば、磁性体である炭素鋼製とされるが、これに限定されるものではない。また、ボールねじナットは、例えば、ナット本体および１対のエンドキャップからなるエンドキャップ式のものとされるが、これに限定されるものではなく、ナット本体およびこれに嵌められた複数のこまからなるこま式のものとしてもよい。

ねじ軸は、往復直線移動し、通常、その所定方向の所定量以上の移動を防止するためのストッパが設けられる。ストッパは、例えば、ねじ軸が所定量以上移動した際にハウジングに当接するフランジ部をねじ軸に設けることで形成することができ、また、ストッパは、ねじ軸と一体に直線移動する部材に形成してもよく、直線移動しない方の部材（ハウジングなど）に設けることもできる。ストッパによってねじ軸の前進方向の極限位置が規定されていることで、極限位置に達すると、ねじ軸が強制的に停止させられる。この際のねじ軸の移動速度が速い場合、ねじ軸の急停止時におけるイナーシャによって、ボールねじ軌道に圧痕が生じる可能性があるが、この発明による電磁緩衝器では、上記のように、モータロータの界磁コイルの電流を制御することで、イナーシャの低減が可能であり、ボールねじ軌道に圧痕が生じることを防止することができる。

この発明の電磁緩衝によると、モータロータに設けられた界磁コイルの電流を制御することにより、機器の故障につながるモータ相間の高電圧の発生が防止されるので、モータの信頼性が向上する。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図の上下をいうものとする。

図１は、この発明による電磁緩衝器の１実施形態を示している。

電磁緩衝器(1)は、ハウジング(8)内に配された上下にのびる鋼製ねじ軸(2)と、ねじ軸(2)のボールねじ軌道溝(2a)にボール（図示略）を介してねじ合わされた回転自在の鋼製ボールねじナット(3)と、ボールねじナット(3)と一体で回転する中空軸(4)と、中空軸(4)に固定された円筒状のモータロータ(6)およびハウジング(8)内径に固定された円筒状のモータステータ(7)からなる同期モータ(5)と、モータ制御装置（図２参照）(10)とを備えている。

中空軸(4)は、ねじ軸(2)を案内する小径部(11)と、内周面がボールねじナット(3)の外周面に固定されかつ外周面に軸受(9)を保持する大径部(12)とからなり、軸受(9)を介してハウジング(8)に回転可能に支持されている。

電磁緩衝器(1)は、タイヤから伝わる外力によってねじ軸(2)が軸方向に直線移動し、これに伴って、ボールねじナット(3)、中空軸(4)およびモータロータ(6)が一体に回転し、この回転運動をモータ(5)に取り込んで、モータ(5)で発生する電磁力を減衰力として利用するようになっている。

このような電磁緩衝器(1)では、突起乗り越し等のオーバストローク時には、ねじ軸(2)と一体で上下移動するバンプストッパがハウジング(8)等に衝突（ねじ軸(2a)が極限位置に到達）した際には、高速回転していたモータ(5)が急停止し、モータ(5)相間に非常に高い電圧が発生することがあり、この場合の機器（ドライバ素子やリレーなど）の保護が課題となっている。

そこで、この発明による電磁緩衝器(1)では、モータ(5)が界磁コイル型同期モータとされている。すなわち、モータステータ(7)に、複数相（３相）のステータコイル(7a)が巻かれているとともに、モータロータ(6)に、界磁コイル(6a)が巻かれている。そして、ステータコイル(7a)に流されるステータコイル電流が制御可能とされているとともに、界磁コイル(6a)に流される界磁電流が、スリップリング(13)およびブラシ(14)を介して外部から制御可能とされている。また、ハウジング(8)の頂部には、ねじ軸(2)の上死点を検出する位置検出センサ(15)が設けられている。

図２に示すように、モータ制御装置(10)は、ステータコイル(7a)の電流を制御するステータコイル制御部としてのドライバ(21)と、界磁コイル(6a)の界磁電流を制御する界磁コイル制御部(22)と、センサ手段(23)とを有している。

センサ手段(23)は、図１に示したねじ軸(2)用の位置検出センサ(15)の他に、ステータコイル(7a)の電流を検出する電流検出センサ(24)、モータロータ(6)の位置を検出する位置検出センサ(25)、ねじ軸(2)の速度を検出する速度センサ(26)などを有している。

ドライバ(21)は、従来と同様のもので、ステータコイル(7a)の逆起電力よりモータロータ(6)の回転位置を検出し、これにより、Ｕ相コイル(Uc)、Ｖ相コイル(Vc)およびＷ相コイル(Wc)に印加する電圧を調整し、モータ(5)が所定のトルクを発生しかつ所定の速度となるように制御する。

センサ手段(23)のうち、ステータコイル(7a)の電流を検出する電流検出センサ(24)およびモータロータ(6)の位置を検出する位置検出センサ(25)からの出力信号は、ドライバ(21)に出力される。

ねじ軸(2)用の位置検出センサ(15)は、バンプストッパがハウジング(8)等に衝突する手前（接触する直前またはわずかに接触した時点）までねじ軸(2)が移動したことを検出するためのもので、ねじ軸(2)用の速度センサ(26)は、バンプストッパがハウジング(8)等に衝突する手前におけるモータロータ(6)の回転速度またはねじ軸(2)の直線移動速度を検出するためのものである。

界磁コイル制御部(22)は、ねじ軸(2)用の位置検出センサ(15)およびねじ軸(2)用の速度センサ(26)からの出力信号に基づいて、界磁コイル(6a)の電流を変化させるもので、例えば、バンプストッパがハウジング(8)等に衝突する手前（極限位置）までねじ軸(2)が移動したとき、すなわち、モータ(5)の相間に高電圧が発生しそうな場合または発生した場合には、界磁電流を弱める制御を行う。界磁電流を弱める制御は、高電圧による機器の故障や信頼性が低下する場合に適宜行われ、これにより、モータ(5)の相間電圧が低下し、機器の故障が防止され、モータ(5)の信頼性が向上する。

図１は、この発明の電磁緩衝器の１実施形態を示す縦断面図である。図２は、同ブロック図である。

符号の説明

(1) 電磁緩衝器
(2) ねじ軸
(5) モータ
(6) モータロータ
(6a) 界磁コイル
(7) モータステータ
(7a) ステータコイル
(10) モータ制御装置
(15) 位置検出センサ
(21) ステータコイル制御部
(22) 界磁コイル制御部
(23) センサ手段

Claims

モータステータおよびモータロータからなるモータと、直線移動することでモータロータを回転させるねじ軸と、モータの制御装置とを備えている電磁緩衝器において、
ねじ軸の位置を検出する位置検出センサを含むセンサ手段をさらに備えており、モータロータに界磁コイルが設けられるとともに、モータ制御装置は、ステータコイル電流を制御するステータコイル制御部と、ねじ軸が極限位置に到達した際に界磁コイルの界磁電流を弱める界磁コイル制御部とを有していることを特徴とする電磁緩衝器。