JP5655999B2 - 電磁サスペンション装置 - Google Patents
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Description
本発明は、バウンド荷重の磁石への伝達を抑制できる電磁サスペンション装置を提供することを目的とする。
また、請求項2記載の発明は、固定子と、前記固定子に隣接して配置されるとともに、最接近位置と最離間位置との間で前記固定子に対して直線方向に相対移動する可動子とからなるリニアモータを用いた電磁サスペンション装置であって、前記可動子は、前記相対移動方向に延伸された可動子本体と、前記固定子に対向するように前記可動子本体の側面に配置された可動子側磁力部材と、前記最接近位置で前記固定子に当接するように前記可動子本体の一端部に配置され、当接により受ける力を前記可動子本体に直接伝達する当接力伝達部とを有し、前記当接力伝達部は、前記可動子側磁力部材端面と離間して配置され、前記固定子は、前記相対移動方向に延伸された固定子本体と、前記可動子に対向するように前記固定子本体の側面に配置された固定子側磁力部材と、前記最接近位置で前記当接力伝達部に当接するように前記固定子本体の端部に配置された当接部とを有し、前記当接力伝達部と前記可動子側磁力部材端面との間には弾性体からなるスペーサを設けたことを特徴とする。
この実施形態の電磁サスペンション装置1は、図1に示すリニアモータ2を用いて構成されており、リニアモータ2を前記鉄道車両の車体と台車の間に介在させている。
例えば、システムは車体前後に設けられ車体の左右加速度を検出する加速度センサと、車体−台車間に設けられるリニアモータ2と、加速度センサからの信号やリニアモータ2に内蔵された図示しないストロークセンサ信号から車体の加速度を低減させるようリニアモータ2の推力を制御する制御装置からなる。
車体の振動低減制御ロジックは、例えばスカイフック制御によるが、振動制御ロジック詳細は公知であるのでここでは省略する。
リニアモータ2は、前記鉄道車両の車体に固定される略有底筒状の固定子3と、後述する最接近位置と最離間位置との間で固定子3に対して直線方向に相対移動する略有底筒状の可動子5と、から大略構成されている。上記記載で示唆するように、固定子3は、可動子5に対して直線方向に相対移動する(すなわち、固定子3における「固定」は、絶対的な固定を意味するものではない。)ようになっている。以下、可動子5が、固定子3に対して、図1左側、右側に相対移動することを夫々、適宜、リニアモータ2が縮む、伸びるともいい、可動子5が縮む、伸びるともいう。
本実施形態では、固定子3、可動子5が夫々、特許請求の範囲の固定子、可動子に相当する。
電機子19は、圧粉磁石や積層された電磁鋼板、磁性体片より切削加工などによって作られた略筒状のコア21と、任意の方向に巻かれてコア21内に収納されたコイル23(固定子側磁力部材)と、から大略構成され、コア21の一端側(図1左側)が、固定子側筒部7の先端側(図1右側)に連接されて固定子側筒部7に保持されている。
本実施形態では、固定子側筒部7及び電機子19が固定子本体を構成している。
本実施形態では、突起33が軸受37(軸受37の他端部37b)に当り、可動子5の伸び作動が停止される位置が、ストロークの伸び切り位置(最離間位置)を構成している。
本実施形態では、メタルホルダ35がバンプラバー17に当って可動子5の縮み作動が停止される位置が、ストロークの縮み切り位置(最接近位置)を構成し、また、バンプラバー17が当接部を構成している。
可動子5は、さらに、可動子基部43の外周縁部からセンターヨーク41と平行に延びてセンターヨーク41とともに2重筒状をなすように設けられた筒状カバー47と、センターヨーク41の先端側部分(以下、センターヨーク先端側部分41bという。可動子本体の一端部に相当する。)に配置された非磁性体からなる前記メタルホルダ35(当接力伝達部に相当する。)と、を備えている。
センターヨーク41は、永久磁石の磁路を形成させるべく、電磁鋼板(磁性材)を用いている。
センターヨーク41は、その中心側部分の内径寸法が、所定の大きさに設定されている。
複数個の永久磁石51は、内径側がS極、外径側がN極に着磁されたものと、内径側がN極、外径側がS極に着磁されたものの2種類からなる。そして、これら2種類の永久磁石51が、センターヨーク41の長手方向に沿って交互に積層されて、筒状の可動子側磁力部材53を構成している。
可動子側磁力部材53は、その図2左側の端面(以下、可動子側磁力部材端面53tという。)がセンターヨーク先端面41c(後述する)に対して所定の長さだけ、引っ込むように取付けられている。
また、磁石保護カバー55は、その図2左側の端面(以下、磁石保護カバー端面55tという。)がセンターヨーク先端面41cに対して一定長さだけ、突出するように取付けられている。
メタルホルダ基部61におけるメタルホルダ延長部63側部分の外周側には、外径寸法が磁石保護カバー55の内径寸法に比して僅かに小さい小径部(以下、メタルホルダ基部小径部65という。)が形成されている。
メタルホルダ35の内周側には、軸受37の一端部37aに接触して軸受37を支持する軸受支持部35Kが形成されている。
メタルホルダ延長部63の先端側に前記メタルホルダ雄ねじ59が形成されている。
メタルホルダ35が上述したようにセンターヨーク41に固定された状態で、メタルホルダ基部61は、センターヨーク先端面41cに接触している一方、可動子側磁力部材端面53tとの間には、隙間(以下、可動子側磁力部材・メタルホルダ間隙間67という。)が形成され、かつ磁石保護カバー端面55tとの間には隙間(以下、磁石保護カバー・メタルホルダ間隙間69という。)が形成されている。換言すれば、可動子側磁力部材53のセンターヨーク41に対する配置を、可動子側磁力部材端面53tに対してセンターヨーク先端面41cが突出するように設定して(すなわち永久磁石51の積み上げ長よりセンターヨーク41の長さを長くして)、センターヨーク41の端部をメタルホルダ35で締結して行っている。この構成により、メタルホルダ35とセンターヨーク41とは、機械的に接触している一方、メタルホルダ35と可動子側磁力部材53(永久磁石51)との間には、可動子側磁力部材・メタルホルダ間隙間67が形成されている。
上述したように、バウンド荷重から永久磁石51を保護することが可能となるため、磁石を固定するための溝をセンターヨーク41に形成する必要がなく、生産性が向上し、これに伴い生産コストを低減できる。
前記永久磁石51については、ネオジウム系の焼結磁石やボンド磁石など、用途や性能に応じて自由に選択が可能である。
本第1実施形態では、上述したように内径側、外径側に磁極(S極又はN極)を形成するようにした、いわゆる径方向着磁によりリング状の永久磁石51を作製している。なお、径方向着磁によるリング状の永久磁石51の作製が困難である場合は、これに代えて、組付けることにより円筒状になる複数個の円弧状磁性体片の凹面側、凸面側に着磁し、複数個の円弧状磁性体片を組付けてリング状の永久磁石51を作製してもよい。
上記第1実施形態では、メタルホルダ35をねじ(メタルホルダ雄ねじ59及びメタルホルダ用雌ねじ57)を用いてセンターヨーク41に固定する場合を例にしたが、メタルホルダ35の固定は、これに限らず、圧入、接着剤などを用いて行うように構成しても良い。
第2実施形態の電磁サスペンション装置に用いるリニアモータ2Aの可動子5Aは、第1実施形態の電磁サスペンション装置に用いる可動子5に比して、次の(i)〜(iv)項の内容が異なっている。
(i)図3に示すように、センターヨーク41におけるメタルホルダ35の取付部分に隣接する部分に雌ねじ41fを形成したこと。
(ii)雌ねじ41fに対応する雄ねじ71mを形成した保護リング71を設けたこと。
(iii)保護リング71が雌ねじ41f及び雄ねじ71mによりセンターヨーク41に固定され、この固定状態で、保護リング71の一端面部71tと、軸受支持部35Kにより一端部37aが支持された軸受37の他端部37bとの間には隙間が形成されていること。
(iv)可動子5が伸びきった場合、第1実施形態では突起33が軸受37に当るのに対してこの第2実施形態では保護リング71に当り、可動子5の伸びきりにより発生するリバウンド荷重が、軸受37に伝達されること無く保護リング71を介してセンターヨーク41に作用すること。
保護リング71は、磁性体、または非磁性体のどちらでもよい。本実施形態では、保護リング71が請求項3の保持手段を構成している。
さらに、可動子5Aが伸びきった場合、突起33が保護リング71に当り(図1参照)、可動子5Aの伸びきりにより発生するリバウンド荷重が、軸受37に伝達されること無く保護リング71を介してセンターヨーク41に作用するので、リバウンド荷重から軸受37を保護することができる。
この第2実施形態では、保護リング71がセンターヨーク41と別個に形成されている場合を例にしたが、センターヨーク41について、保護リング71と同等機能の部分を含めるように構成してもよい、換言すれば、センターヨーク41及び保護リング71を一体部品で構成しても良い。このことは、後述する第3、第4実施形態にも同様に言えることである。
この第3実施形態は、第2実施形態(図3)の電磁サスペンション装置に比して、可動子5Aに代えて、可動子側磁力部材・メタルホルダ間隙間67にスペーサ(以下、第1スペーサという。)75を介在させ、磁石保護カバー・メタルホルダ間隙間69にスペーサ(以下、第2スペーサという。)77を介在させた可動子5Bを設けたことが、主に異なっている。第3実施形態が採用する可動子5Bを用いたリニアモータを、便宜上リニアモータ2Bという。
第1、第2スペーサ75、77は非磁性体で、弾力性のある樹脂(ウレタンなど)が用いられている。
また、可動子5Bが伸びきった場合、第2実施形態と同様に、突起33が保護リング71に当るので、可動子5Bの伸びきりにより発生するリバウンド荷重が、軸受37に伝達されること無く保護リング71を介してセンターヨーク41に作用するので、リバウンド荷重から軸受37を保護することができる。このことは、後述する第4実施形態にも同様に言えることである。
この第4実施形態は、第3実施形態のメタルホルダ基部61(図4)より外径寸法が小さいメタルホルダ基部61Cを備えたメタルホルダ35Cをメタルホルダ35に代えて設けたこと、環状をなし、第1、第2スペーサ75、77に接触した状態でメタルホルダ基部61Cの外周部を覆うように配置された保護部材79を設けたこと、メタルホルダ35C及び保護部材79を備えた可動子5Cを、第3実施形態の可動子5B(図4)に代えて設けたこと、が主に異なっている。
第4実施形態が採用する可動子5Cを用いたリニアモータを、便宜上リニアモータ2Cという。
保護部材79は、非磁性体で構成されている。保護部材79については、この保護部材79よりメタルホルダ基部61の底面側部分61mが突出するように、その厚さが設定されている。
保護部材79は非磁性体金属や、弾力性のある樹脂(ウレタンなど)などが用いられる。
Claims (4)
- 固定子と、前記固定子に隣接して配置されるとともに、最接近位置と最離間位置との間で前記固定子に対して直線方向に相対移動する可動子とからなるリニアモータを用いた電磁サスペンション装置であって、
前記可動子は、
前記相対移動方向に延伸された可動子本体と、
前記固定子に対向するように前記可動子本体の側面に配置された可動子側磁力部材と、
前記最接近位置で前記固定子に当接するように前記可動子本体の一端部に配置され、当接により受ける力を前記可動子本体に直接伝達する当接力伝達部とを有し、
前記当接力伝達部は、前記可動子本体と接触し、前記可動子側磁力部材端面と離間して配置され、
前記固定子は、
前記相対移動方向に延伸された固定子本体と、
前記可動子に対向するように前記固定子本体の側面に配置された固定子側磁力部材と、
前記最接近位置で前記当接力伝達部に当接するように前記固定子本体の端部に配置された当接部とを有することを特徴とする電磁サスペンション装置。 - 固定子と、前記固定子に隣接して配置されるとともに、最接近位置と最離間位置との間で前記固定子に対して直線方向に相対移動する可動子とからなるリニアモータを用いた電磁サスペンション装置であって、
前記可動子は、
前記相対移動方向に延伸された可動子本体と、
前記固定子に対向するように前記可動子本体の側面に配置された可動子側磁力部材と、
前記最接近位置で前記固定子に当接するように前記可動子本体の一端部に配置され、当接により受ける力を前記可動子本体に直接伝達する当接力伝達部とを有し、
前記当接力伝達部は、前記可動子側磁力部材端面と離間して配置され、
前記固定子は、
前記相対移動方向に延伸された固定子本体と、
前記可動子に対向するように前記固定子本体の側面に配置された固定子側磁力部材と、
前記最接近位置で前記当接力伝達部に当接するように前記固定子本体の端部に配置された当接部とを有し、
前記当接力伝達部と前記可動子側磁力部材端面との間には弾性体からなるスペーサを設けたことを特徴とする電磁サスペンション装置。 - 前記可動子本体は、筒状に構成されるとともに内周に軸受を有し、
前記当接力伝達部は、筒状に構成され、
前記固定子は、前記固定子本体の内側にロッドを有し、
前記ロッドは、前記軸受を介して前記可動子本体の内部に挿入されていることを特徴とする請求項1または2の電磁サスペンション装置。 - 前記当接力伝達部の内周側に前記軸受の一端側を支持する軸受支持部を形成し、
前記軸受の他端側に臨むようにして前記可動子本体の一端部側に、前記軸受を保護する保護手段を設けたことを特徴とする請求項3の電磁サスペンション装置。
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