JP5770442B2 - 車両用電動式アクティブ動吸振装置 - Google Patents

Description

本発明は車両用電動式アクティブ動吸振装置に係り、より詳しくは、コイル部を上下に配置して性能がより向上した電動式アクティブ動吸振装置に関する。

エンジンの駆動によって車両には振動が発生するため、このような振動を減衰させるための研究と開発が進められてきた。
動吸振装置は発生振動に対するアンチノード（Ａｎｔｉ−Ｎｏｄｅ）を故意に引き起こして振動の振幅を減衰させる装置であり、自動車両の振動減衰のための装置として広く用いられてきた。

動吸振装置は質量−スプリング系（ｍａｓｓ−ｓｐｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）をなし、発生した振動を感知し、その振幅と周波数によって振幅および周期を調節して減衰させる方式をアクティブ動という。アクティブ動を構成する装置は、質量−スプリング系である動吸振装置と、動吸振装置を電気エネルギーとして往復運動させることができるセンサおよび装置を含む。

図１（ａ）に示す通り、エンジン（ｅｎｇｉｎｅ）の振動はエンジンマウント（ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ）を経てシャーシ（ｃｈａｓｓｉｓ）に伝達されて車体全体を振動させる。エンジンマウントで一定の水準までエンジンの振動は減衰されるが、これでは十分でない。したがって、エンジンから伝達された振動を減衰させるためにアクティブ動吸振装置が追加設置される。図に示すようなアクティブ動吸振装置は、動吸振器（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｂｓｏｒｂｅｒ）以外にもシャーシの振動の大きさおよび方向などを感知する加速度計（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）と、エンジン回転速度を感知して加速度計から信号を受けて動を制御するコントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と、コントローラから提供された電気的信号を増幅する増幅器（ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とを含んで構成される。

このように構成されたアクティブ動吸振装置は、図の右側に示すように、エンジンで発生してエンジンマウントを経て伝達された振動と位相（ｐｈａｓｅ）が反対の振動を動吸振装置で発生させ、シャーシにおける振動を相殺させる効果を有する。このような構成のアクティブ動吸振装置は、エンジンのｒｐｍによって相違するように発生する振動によって電気的信号を制御して反対の位相を有する振動を発生させることができるため、車両の低速および高速運行時にもエンジンの振動をより効果的に制御することができる。

このようなアクティブ動吸振装置は、電気的信号によって振動するように内部にコイルが巻かれたコイル部と、コイルで電気が発生すれば電気的な力によって動いて一定の質量を有するヨーク部とを内蔵する。ヨーク部は互いに異なる方向に向かって連続的に力を受けて上下に動き、このような動きが振動に転換されるようにヨーク部の上部面と下部面にそれぞれ板スプリングが装着される。

図１（ｂ）は、従来の動吸振装置において、ヨーク部３に板スプリング２ａ、２ｂが装着された様子を示す断面図である。図に示す通り、ヨーク部３は上側および下側それぞれが膨らむように突出して板スプリング２ａ、２ｂと結合し、板スプリング２ａ、２ｂがハウジング４に締結されて振動を伝達する構造を有する。しかしながら、このような構造は磁場を発生させ、ヨーク部３を振動させるコイル部１が上側にのみ配置され、磁場が一側にのみ偏る構造を有するため、この点を改善する必要があった。

特開平０８−０６８４３９公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、より効果的かつ効率的に振動を発生させる動吸振装置を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明は、車両のフレームに装着されて車両の振動を減衰させる動吸振装置を備えた車両用電動式アクティブ動吸振装置であって、動吸振装置はコイル部の電流印加によってハウジング内で板スプリングと結合したヨーク部を振動させるように構成され、ヨーク部は、板状の永久磁石である内部磁性体を備えて上端と下端のそれぞれでハウジングに平行に固定設置された板スプリングと結合した内部ヨーク、および内部ヨークが挿入されるように上面と下面が開口した形状であり、内部磁性体が挟まれるように内側にリング（ｒｉｎｇ）形状の支持部材が形成され、外周面には周囲に沿って溝が形成され、該溝に外部磁性体が装着された外部ヨーク、を含んで構成され、コイル部は上側コイル部と下側コイル部で構成され、内部ヨークと外部ヨークの間で支持部材の上側には上側コイル部が装着されて、支持部材の下側には下側コイル部が装着され、内部磁性体を含んだ内部ヨーク及び外部ヨークは、１つの作動質量としてコイル部の電流印加によって発生したローレンツ力（Ｌｏｒｅｎｔｚ ｆｏｒｃｅ）によって振動されることを特徴とする。

外部ヨークは支持部材の外側に連結スポーク（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ ｓｐｏｋｅ）が外周面に沿って形成され、上側コイル部と下側コイル部の分離の可否によってホール（ｈｏｌｅ）が形成されたことを特徴とする。

コイル部が取付けられる内部ヨークと外部ヨークの間にはコイルハウジングが装着され、コイルハウジングはヨーク部の上側と下側でそれぞれ挿入が可能なように上側コイルハウジングと下側コイルハウジングで構成されたことを特徴とする。

コイルハウジングには多数の開口溝が表面に形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、コイル部がヨーク部の上下に配置されているためヨーク部をより効率的に振動させることができるため、振動の制御もより容易に実行することができ、外部磁性体を備えて上記効果をより向上させることができる。
また、外部ヨークは上下に開口したホールが形成されるように多数の連結スポークが離隔した形態で構成されることにより、上側コイル部と下側コイル部で形成した磁気力線がより効率的に連動してヨーク部を振動させることができる。
さらに、コイルハウジングを備えて振動からコイル部を保護し、ヨーク部の上端と下端を非磁性体で構成して磁場の形成範囲が調節できる。このような磁場の制限により、外部機器が磁力によって影響を受けることを防ぐ効果がある。

（ａ）は車両に設置されるアクティブ動吸振装置の構成を示す模式図である。 （ｂ）は従来の動吸振装置の断面図である。 本発明の好ましい実施形態による動吸振装置の断面図である。 本発明の外部ヨークにコイルハウジングが結合する様子を示す斜視図である。 図３でコイルハウジングが結合した場合のＡ−Ａ’部分の断面図である。 （ａ）は他の実施形態による外部ハウジングの斜視図である。 （ｂ）は他の実施形態による外部ハウジングの平面図およびＢ−Ｂ’部分の断面図である。 図５（ａ）に示す外部ヨークに結合するコイルハウジングの斜視図である。 内部ヨークの上端と下端に非磁性体を結合させた場合の磁場の変化を比較して示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態による電動式アクティブ動吸振装置の構造についてより詳しく説明する。
本発明の動吸振装置は車両のシャーシまたはサブフレームに装着され、上述したようなコントローラおよび増幅器から電気的信号の印加を受けて振動するように構成される。図２に示す動吸振装置は図１（ｂ）に示すようにハウジングに板スプリングおよびヨーク部を内蔵するが、ハウジングは図面をより簡潔かつ明確に示すために省略した。

動吸振装置はハウジングに板スプリング６０、７０が平行に固定設置され、板スプリング６０、７０の間に内部ヨーク１０、外部ヨーク２０のヨーク部が装着される。また、内部ヨーク１０、外部ヨーク２０を振動させる上側コイル部４０，下側コイル部５０のコイル部もハウジングに固定設置される。
ヨーク部は、円筒状であり、中間位置に円板形の内部磁性体１０ｃを備えて上端と下端でそれぞれの板スプリング６０、７０と結合した内部ヨーク１０と、内部ヨーク１０が内側に挿入が可能となるように上面と下面が開口した円筒状の外部ヨーク２０とを含んで構成される。

内部ヨーク１０は上端と下端の縦方向の中心が上下にそれぞれ突出してそれぞれの板スプリング６０、７０にボルト結合され、板スプリング６０、７０はハウジング内に固定結合されている。また、内部磁性体１０ｃは永久磁石であり、内部磁性体１０ｃの上面および下部面に結合された上側ヨーク部１０ａと下側ヨーク部１０ｂは磁化されるように金属材質で形成される。上側ヨーク部１０ａと下側ヨーク部１０ｂおよび内部磁性体１０ｃは、外部ヨーク２０の支持部材２１が挟まれて固定されるように凹凸部分が形成される。参考までに、支持部材２１の内周面に雌ねじ山を形成し、上側ヨーク部１０ａおよび下側ヨーク部１０ｂに枠に雄ねじ山を形成すれば、図２に示すように内部磁性体１０ｃを間に置いて上側ヨーク部１０ａと下側ヨーク部１０ｂを容易に結合させることができる。

一方、外部ヨーク２０は内部磁性体１０ｃが支持されるように内側にリング（ｒｉｎｇ）形状の支持部材２１が形成され、外側部分は外周面で枠に沿って溝が形成されて外部磁性体２２が装着される。また、外部磁性体２２が結合する外郭部分は磁化される金属材質で構成され、支持部材２１は非磁性の材質で製造されることが好ましい。このように構成された外部ヨーク２０は、外部磁性体２２が図に示すように内部磁性体１０ｃと極性が反対方向に向かうように配置され、矢印模様のような磁気力線を形成させる。

一方、内部ヨーク１０と外部ヨーク２０の間には上側と下側にそれぞれ所定の空間が形成され、空間にコイル部が装着される。すなわち、上側コイル部４０および下側コイル部５０が上下に羅列するように装着される。上側コイル部４０と下側コイル部５０は振動しないようにハウジングに固定設置される。コイル部ではコイルが所定の巻数で巻かれており、上述したようなコントローラと増幅器を経て電流が流れるように構成される。

一方、図３および図４に示すように、本発明の動吸振装置はヨーク部の振動時にコイル部を保護して熱排出を容易にするコイルハウジング３０を含む。コイルハウジング３０は、外部ヨーク２０の上側と下側に配置されるように上側コイルハウジング３０ａと下側コイルハウジング３０ｂに分離して構成される。また、コイルハウジング３０は、ヨーク部の振動による熱排出を促進するように多数の開口溝３１が周囲に沿って表面に形成される。
より詳しく説明すれば、上側コイルハウジング３０ａと下側コイルハウジング３０ｂをそれぞれ分離して製作した後に結合させる方式によってコイルハウジング３０を構成する場合、図３および図４に示すように、外部ヨーク２０は外部磁性体２２が結合した外角部分と内側の支持部材２１を連結する連結スポーク２３を（間にホールを形成せずに）１つの一体型で構成することが好ましい。

また、上側コイルハウジングと下側コイルハウジングを一体成形して組立工程を減らそうとする場合には、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、外部ヨーク２０の外部磁性体２２が結合した外角部分と内側の支持部材２１に間に（一定の間隔でホールを形成することにより）多数の連結スポーク２４を形成する。すなわち、隣接する連結スポーク２４は互いに離隔して形成され、その間には上下に開口するホール（ｈｏｌｅ）が形成される。

また、このように連結スポーク２４を形成する場合、振動による内部ヨーク１０と外部ヨーク２０の間の不整合を防いで剛性を補強しようとする設計要求に応じ、連結スポーク２４にリブ（ｒｉｂ）２５ａまたは溝２５ｂを形成する。この場合、図６に示すように、上側コイルハウジング３０ａと下側コイルハウジング３０ｂが結合する連結部分に挿入溝３２を形成し、作動質量が振動する時に連結スポーク２４の運動に干渉を発生させないようにする。

一方、図７に示すように、ヨーク部の上端と下端においてより具体的には、板スプリング６０、７０と締結する内部ヨーク１０の上端と下端部分を非磁性体１２ａ、１２ｂで形成し、磁場の形成範囲を縮小することもできる。これは周辺装置が磁場の影響を受けないようにするものであり、設計に応じて非磁性体の大きさおよび形態は多様に構成される。

以下、図面を参照しながら、本発明の動吸振装置の作動状態についてより詳しく説明する。
図２に示す通り、上側コイル部４０と下側コイル部５０は、上述したようなコントローラおよび増幅器を経て電源の印加を受けるように構成される。また、ヨーク部は、内部ヨーク１０の中間に位する内部磁性体１０ｃおよび外部ヨーク２０の外郭に挟まれた外部磁性体２２によって磁化されている。すなわち、内部ヨーク１０は、永久磁石である内部磁性体１０ｃが上面と下面に結合した上部ヨーク１０ａと下部ヨーク１０ｂをＮ極が上を向くように磁化させ、内部磁性体１０ｃと反対方向に結合した外部磁性体２２は外部ヨーク２０をＳ極が上を向くように磁化させた状態である。このとき、図２のような磁気力線の模様に近い磁気力線が形成されるように、支持部材２１は非磁性体で製造されることが好ましい。

このように構成されたヨーク部は、ハウジング（図示せず）内部で閉回路を構成し、図２において矢印で表記したように磁場が構成される。
内部磁性体１０ｃを含んだ内部ヨーク１０および外部磁性体２２を含んだ外部ヨーク２０は１つの作動質量（ｍｏｖｉｎｇ ｍａｓｓ）であり、コイル部が電流の流れによって上下に振動して慣性力を発生させ、このような慣性は上側および下側の板スプリング６０、７０を経てハウジングが装着されたシャーシまたはサーブフレームに伝達される。

より詳しくは、上側コイル部４０および下側コイル部５０を流れる電流の方向によってローレンツ力（Ｌｏｒｅｎｔｚ ｆｏｒｃｅ）でヨーク部全体は力を受ける方向に移動するようになるため、コイル部に流れる電流の位相を連続的に変化させればヨーク部は振動するように駆動力が発生する。すなわち、永久磁石によってコイル部に加えられる磁場の方向は、上側コイル部と下側コイル部それぞれにおいて互いに反対方向でなければならない。したがって、上側コイル部と下側コイル部に電流が印加されて発生する力の方向を一致させるためには、上側コイル部と下側コイル部に印加される電流の位相も互いに反対となるように制御される。

ローレンツ力はコイルの巻線数、磁束密度、導線の長さ、電流の強度と比例するため、コントローラが電流の強度および上側コイル部と下側コイル部に流れる電流の位相を制御して動吸振装置の振動を制御することができる。このとき、磁場の変化による駆動力は

（ｍ：作動質量の質量、ｘ：作動質量の変位、ｃ：スプリング減衰係数、ｋ：スプリング弾性係数）で計算される。このような駆動力によって作動質量（外部ヨーク、内部ヨーク、および外部磁性体の運動時の合算質量）が動けば、作動質量の慣性力がサブフレームに伝達されてエンジンの励振力を相殺させる。このとき、サブフレームを実質的に減衰させる伝達力は

で計算される。

一方、参考までに、図７に示すように内部ヨークの上端と下端に非磁性体１２ａ、１２ｂが備えられる構成の場合、作動質量の減少による伝達力Ｆ_Ｔの低下を抑制するために、非磁性体は可能な限り密度が大きい材質で製造されることが好ましい。
さらに、従来の動吸振装置構造と比べれば、下側コイル部および下側コイルハウジングを形成するため、ヨーク部は下側部分で作動質量の重量が減少されるため、これを償うために非磁性体材質の選定時に可能な限りヨーク部の材質よりも密度が高い材質を選定することが好ましい。

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

１０ ・・・内部ヨーク
１０ａ 上部ヨーク
１０ｂ 下部ヨーク
１０ｃ 内部磁性体
１２ａ、１２ｂ 非磁性体
２０ ・・・外部ヨーク
２１ 支持部材
２２ 外部磁性体
２３，２４ 連結スポーク
２５ａ リブ
２５ｂ 溝
３０ ・・・コイルハウジング
３０ａ 上側コイルハウジング
３０ｂ 下側コイルハウジング
３１ 開口溝
３２ 挿入溝
４０ ・・・上側コイル部
５０ ・・・下側コイル部
６０、７０ ・・・板スプリング

Claims (4)

1. 車両のフレームに装着されて車両の振動を減衰させる動吸振装置を備えた車両用電動式アクティブ動吸振装置であって、
   前記動吸振装置はコイル部の電流印加によってハウジング内で板スプリングと結合したヨーク部を振動させるように構成され、
   前記ヨーク部は、板状の永久磁石である内部磁性体を備えて上端と下端のそれぞれで前記ハウジングに平行に固定設置された前記板スプリングと結合した内部ヨーク、および前記内部ヨークが挿入されるように上面と下面が開口した形状であり、前記内部磁性体が挟まれるように内側にリング（ｒｉｎｇ）形状の支持部材が形成され、外周面には周囲に沿って溝が形成され、該溝に外部磁性体が装着された外部ヨーク、を含んで構成され、
   前記コイル部は上側コイル部と下側コイル部で構成され、
   前記内部ヨークと外部ヨークの間で前記支持部材の上側には上側コイル部が装着されて、前記支持部材の下側には下側コイル部が装着され、
   前記内部磁性体を含んだ前記内部ヨーク及び外部ヨークは、１つの作動質量として前記コイル部の電流印加によって発生したローレンツ力（Ｌｏｒｅｎｔｚ ｆｏｒｃｅ）によって振動されることを特徴とする車両用電動式アクティブ動吸振装置。
2. 前記外部ヨークは前記支持部材の外側に連結スポーク（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ ｓｐｏｋｅ）が外周面に沿って形成され、前記上側コイル部と下側コイル部の分離の可否によってホール（ｈｏｌｅ）が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電動式アクティブ動吸振装置。
3. 前記コイル部が取付けられる前記内部ヨークと外部ヨークの間にはコイルハウジングが装着され、前記コイルハウジングは前記ヨーク部の上側と下側でそれぞれ挿入が可能なように上側コイルハウジングと下側コイルハウジングで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電動式アクティブ動吸振装置。
4. 前記コイルハウジングには多数の開口溝が表面に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の車両用電動式アクティブ動吸振装置。

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