JP2011094744A

JP2011094744A - サスペンションおよび制振装置

Info

Publication number: JP2011094744A
Application number: JP2009250720A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ito; 賢一伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-12

Abstract

【課題】常に電磁石に通電をすることなく、駆動力を得ることができるサスペンションおよび制振装置を提供する。
【解決手段】長手方向に摺動可能な軸と、前記軸に固定された相対的に保磁力が大きい第１永久磁石と、固定部材に固定され、前記第１永久磁石に対して前記軸の長手方向に空隙をもって配置された相対的に保磁力が小さい第２永久磁石と、前記第２永久磁石の磁力を変化させるための磁界を印加する磁場発生部とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部の振動の大きさに合わせてダンパー力が可変可能なサスペンションの技術に関する。

従来の電動サスペンションとして、軸方向に永久磁石と電磁石を配置し、電磁石を構成するコイルが抵抗値の大きな第１コイルと抵抗値の小さな第２コイルとで構成されているものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。この構成により、電磁石を構成するコイルへの通電の向きおよび電流を制御することで、電磁石で発生する磁界と永久磁石から発生する磁界により吸引・反発力を発生させて駆動力を得ている。

また、コイルに通電しない場合は、外力により永久磁石とコイルが相対的に移動し、相対速度に比例する誘起電流がコイルに発生する。この電磁石で発生する誘起電流をコイルおよび他の抵抗により消費することで、ダンパー力を得ている。

特開平０４−１９７８１７号公報

上述の構成では、駆動力を得るためには常に電磁石に通電をする必要があり、消費電力が大きいという問題がある。また、電磁石で発生する誘導電流は決まった位置においては同じ大きさとなるため、外部からの振動が大きい場合には振動を吸収できなくなるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、常に電磁石に通電をすることなく、駆動力を得ることができるサスペンション等を提供する。

本発明のサスペンションは、長手方向に摺動可能な軸と、前記軸に固定された相対的に保磁力が大きい第１永久磁石と、固定部材に固定され、前記第１永久磁石に対して前記軸の長手方向に空隙をもって配置された相対的に保磁力が小さい第２永久磁石と、前記第２永久磁石の磁力を変化させるための磁界を印加する磁場発生部とを有することを特徴とする。

常に電磁石に通電をすることなく、駆動力を得ることができる。

本発明の第１の実施例のサスペンションの構成図振動体を有する構造体に本発明のサスペンションを用いた制振装置の構成図振動体の振動を伝えたくない構造体に本発明のサスペンションを用いた制振装置の構成図第２の実施例のサスペンションの断面図

以下、本発明の実施の形態について、図１ないし図４を参照しながら説明する。

以下、実施例１におけるサスペンション１の一実施例として図１ないし図３を参照し説明する。

図１は、本発明の第１の実施例のサスペンション１の構成図を示す。

このサスペンション１は、軸２と、軸２の中央部に固定された第１永久磁石３と、第１永久磁石３に対して軸２の長手方向に空隙を介して挟んで配置された第２永久磁石４および第３永久磁石５と、第２永久磁石４および第３永久磁石５のそれぞれの外周に配置されたコイル６ａおよびコイル６ｂと、コイル６ａおよびコイル６ｂを固定する固定部材７とを有している。

軸２は、円柱状に形成され、長手方向に摺動可能な構成となっている。

第１永久磁石３は、保磁力の大きい磁石で形成され、軸２を周方向に取り囲むように、軸２の中央部に接着剤で接合されている。また、第１永久磁石３は、軸２の長手方向に磁化されており、本実施例では、第２永久磁石４側をＮ極、第３永久磁石５側をＳ極とする。また、本実施例では、保磁力の大きい磁石として、例えば保磁力が８００ｋＡ／ｍ程度のネオジム焼結磁石で形成されたものを用いる。

第２永久磁石４は、保磁力の小さい磁石で形成され、第１永久磁石３の一端に対して軸２の長手方向に空隙を介して配置されている。第２永久磁石４は、軸２と固定されておらず、リニアブッシュ８ａにより軸２を軸２の長手方向に摺動可能に支持している。また、本実施例では、保磁力の小さい磁石として、例えば保磁力を２００ｋＡ／ｍ程度に低減したサマリウム・コバルト磁石を用いる。

第３永久磁石５は、保磁力の小さい磁石で形成され、第１永久磁石３の他端に対して軸２の長手方向に空隙を介して配置されている。第３永久磁石５は、軸２と固定されておらず、リニアブッシュ８ｂにより軸２を軸２の長手方向に摺動可能に支持している。また、本実施例では、保磁力の小さい磁石として、例えば保磁力を２００ｋＡ／ｍ程度に低減したサマリウム・コバルト磁石を用いる。

なお、ネオジム焼結磁石が保磁力が大きく、サマリウム・コバルト磁石が保磁力が小さいというのは、コイル６ａ、６ｂから電機子反作用による外部磁界（コイル６ａ、６ｂを流れる電流によって発生する磁界）を作用させた場合に、サマリウム・コバルト磁石の着磁量を変化させることができる程度の電流ではネオジム磁石の着磁量が変化しないという基準において、ネオジム焼結磁石を保磁力が大きい、サマリウム・コバルト磁石を保磁力が小さいと称している。なお、保磁力の大きい磁石にネオジム焼結磁石を用い、保磁力の小さい磁石をサマリウム・コバルト磁石を用いると示したが、上記基準を満たす磁石であればよく、多種のものを使用することができる。保磁力の小さい磁石としては、サマリウム・コバルト磁石のほかにアルニコ磁石やフェライトなども使用できる。

コイル６ａ、６ｂは、第２永久磁石４および第３永久磁石５のそれぞれの外周に、同心円上にソレノイド巻きされて配置されている。

固定部材７は、第２永久磁石４の周囲のコイル６ａと、第３永久磁石５の周囲のコイル６ｂとの外周を覆って固定している。また、固定部材７は、それぞれのコイル６ａ、６ｂの相対位置を固定している。

センサ９は、固定部材７に固定され、軸２と固定部材７との相対的な移動量や移動速度が検知可能な構成となっている。

制御部１０は、コイル６ａ、６ｂと電気的に接続され、コイル６ａ、６ｂへ電流を供給する電流供給部１１と、センサ９と電気的に接続され、センサ９に電源を供給するセンサ電源供給部１２と、センサ９と電気的に接続され、センサ９が検知した信号を処理する信号処理部１３とから構成されている。制御部１０は、センサ９により検知された軸２と固定部材７との相対的な移動量や移動速度が信号処理部１３により処理され、信号処理部１３で処理された値に基づき、コイル６ａ、６ｂへの通電を制御する。

次に、上記構成のサスペンション１の動作について説明する。

固定部材７もしくは軸２に振動などの外乱が加わると、固定部材７と軸２との相対的な位置関係が変化し、その変化量をセンサ９が検知する。制御部１０は、センサ９からの信号に基づいてコイル６ａ、６ｂに印加する電流値と通電方向を決定する。

電磁石にパルス状の電流、例えば数ｍｓ〜数十ｍｓ程度の電流を流すことで、第２永久磁石４および第３永久磁石５の磁力を変化させることができる。それぞれの磁石の磁化方向と同じ方向に磁束が発生するようにコイル６ａ、６ｂに電流を流すと、磁石の磁力が強くなる（増磁）。逆に、それぞれの磁石の磁化方向と逆の方向に磁束が発生するようにコイル６ａ、６ｂに電流を流すと、磁石の磁力が弱くなる（減磁）。さらに磁石の磁極を逆にすることもできる。この磁力が強くなった状態または磁力が弱くなった状態は、コイル６ａ、６ｂへの通電を止めても維持される。これにより、第１永久磁石３と第２永久磁石４との間と、第１永久磁石３と第３永久磁石５との間に働く磁気吸引力または磁気反発力のバランスを変化させて、外乱の大きさに対して、その吸収力を変化させることができる。

また、軸２に負荷がかかった状態において、磁気吸引力または磁気反発力のバランスを変化させて、固定部材７と軸２との相対距離を所定の状態に維持することができる。さらに、第２永久磁石４は磁気反発力が働くようにし、第３永久磁石５は磁気吸引力が働くようにすることで、剛体として機能することができる。これにより、装置運搬時等で振動させたくない状態でも使用することができる。

また、外乱が無い状態で、磁気吸引力または磁気反発力のバランスを変化させると、固定部材７と軸２との距離を変化させる駆動力を発生させることもできる。

次に、本実施例のサスペンション１を搭載した制振装置１００、１０１の構造と作用について図２ないし図３を参照して説明する。

図２は、振動体２０を有する構造体２１、例えば洗濯機に本発明のサスペンション１を用いた制振装置１００の構成図を示す。

サスペンション１の固定部材７が、振動体２０を有する構造体２１に固定されている。また、サスペンション１の軸２が、構造体の振動体２０に固定されている。ここで、洗濯機を例に挙げると、構造体２１が筐体を示し、振動体２０が洗濯槽を示す。

振動体２０が振動し、サスペンション１の軸２を振動させようとする。この時、サスペンション１の磁気吸引力または磁気反発力のバランスを、振動の変位を元に戻す方向に変化させることにより振動を抑える。また、固定部材７と軸２との相対距離を所定の位置に維持することができ、振動体２０の位置を常に同じ場所に維持できる。これにより、洗濯機では、洗濯槽の重心位置が動くことなく、安定した回転を可能とする。

図３は、振動体２２の振動を伝えたくない構造体２３、例えば自動車、自転車、バイク、製造装置、除振台などに本発明のサスペンション１を用いた制振装置１０１の構成図を示す。

この構造も同様に、サスペンション１の固定部材７が、振動体２２を有する構造体２３の固定部材７に固定されている。また、サスペンション１の軸２が、構造体２３の振動体２２に固定されている。ここで、自動車を例に挙げると、構造体２３が車体を示し、振動体２２がタイヤを示す。

振動体２２が振動し、その振動を構造体２３に伝えようとする。この時、サスペンション１の磁気吸引力または磁気反発力のバランスを変化させ、振動を吸収するように作用させることで、振動体２２は振動したままだが、構造体２３には振動が伝わらないようにすることができる。これにより、自動車では、路面の凹凸によるタイヤの振動を車体に伝えることなく、乗車者に不快感を与えないことを可能とする。

本実施例によれば、磁石間に働く力を変化させることができるため、外乱の大きさや周波数に応じて、最適な振動吸収力にリアルタイムに変化させることができる。また、磁石間に働く力を変化させることができるため、外乱の大きさや周波数の影響を受けても、固定部材７と軸２との相対距離を所定の位置に維持することができる。また、磁石間に働く力を変化させることにより、駆動力を発生させることができる。

さらに、保磁力の小さい磁石である第２永久磁石４および第３永久磁石５を用いているので、磁石間に働く力を変化させるために、第２永久磁石４および第３永久磁石５へ一時的に電流を印加すれば良いため、消費電力が低減できる。

また、コイルばねのようにヘタリや金属疲労がないため、衝撃吸収力が安定するとともに寿命を長くできる。

図４は、本発明の実施例２を示すもので、前述の実施例１と異なるところを中心に説明する。なお、実施例１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。

本実施例のサスペンション３０は、第１永久磁石３と第２永久磁石４との間、および第１永久磁石３と第３永久磁石５との間に弾性体３１が配置されている。弾性体３１は、ＮＢＲなどのゴムで形成されている。

この構成においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

さらに、第１永久磁石３と第２永久磁石４との間、および第１永久磁石３と第３永久磁石５との間に弾性体３１を介在させることで、第１永久磁石３と第２永久磁石４との衝突、および第１永久磁石３と第３永久磁石５との衝突を防ぎ、機構部の破損を防止することができる。

なお、本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。

例えば、以下のような変形又は拡張が可能である。

保磁力の大きい１つの磁石および保磁力の小さい２つの磁石の計３つの磁石で構成された実施例を示したが、これに限られず、保磁力の大きい１つの磁石と保磁力の小さい１つの磁石の計２つの磁石で構成されていてもよいし、４つ以上の磁石で構成してもよい。保磁力の大きい磁石と保磁力の小さい磁石を並べて配置し、保磁力の小さい磁石の磁力を変化させることができれば、上記と同じ効果を得ることができる。

また、保磁力の大きい磁石としてネオジム焼結磁石を用い、保磁力の小さい磁石としてサマリウム・コバルト磁石を用いる形態を示したが、コイルからの電機子反作用による外部磁界を作用させた場合に、保磁力の大きい磁石は磁力が変化せず、保磁力の小さい磁石は磁力が変化する組み合わせであればよく、種々の磁石を使用することができる。

１…サスペンション、２…軸、３…第１永久磁石、４…第２永久磁石、５…第３永久磁石、６ａ、６ｂ…コイル、７…固定部材、８…リニアブッシュ、９…センサ、１０…制御部、２０、２２…振動体、２１、２３…構造体、１００、１０１…制振装置

Claims

長手方向に摺動可能な軸と、
前記軸に固定された相対的に保磁力の大きい第１永久磁石と、
固定部材に固定され、前記第１永久磁石に対して前記軸の長手方向に空隙をもって配置された相対的に保磁力の小さい第２永久磁石と、
前記第２永久磁石の磁力を変化させるための磁界を印加する磁場発生部と、
を有することを特徴とするサスペンション。
前記固定部材に固定され、前記第１永久磁石に対して前記軸の長手方向に空隙をもって第２永久磁石と反対側に配置された相対的に保磁力の小さい第３永久磁石を有し、
前記磁場発生部は、前記第２永久磁石および前記第３永久磁石の磁力を変化させるための磁界を印加することを特徴とする請求項１記載のサスペンション。
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間および前記第１永久磁石と前記第３永久磁石の間に弾性体が配置されていることを特徴とする請求項２記載のサスペンション。
前記固定部材に設置され、前記固定部材と前記軸との相対的な速度または位置の変動を検知するセンサと、
前記センサの情報に基づき、前記磁場発生部から発生する磁界を制御する制御部と
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のサスペンション。
請求項１ないし請求項４のいずれかのサスペンションと、
振動体を有する構造体とを有し、
前記振動体と前記軸とが固定され、前記構造体と前記固定部材とが固定されていることを特徴とする制振装置。