JP6466300B2 - エアサスペンションシステム - Google Patents

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Description

本発明は、エアサスペンションシステムに関する。
特許文献１は、コンプレッサによって圧縮された空気をエアサスペンションに給排することにより車高調整を行うエアサスペンションシステムを開示している。
特開２０１２−１５９０１１号公報
コンプレッサは、吸入ポートから吸入した空気を圧縮して吐出ポートに送る。吐出ポートに送られた圧縮空気は、吐出ポートからエア室に流れ込み、車高を上げ得る。通常、エアサスペンションシステムでは、車高調整の効率等の理由から吐出ポート側の配管の圧力が維持されるように構成されるため、コンプレッサが起動していない状態でも吸入ポート側の圧力より吐出ポート側の圧力が高い状態（差圧状態）が生じやすい。ここで、特許文献１のエアサスペンションシステムにおけるコンプレッサでは、回転式モータの出力をクランク機構により直線運動に変換しているため、ピストンの下死点又は下死点近傍で駆動が停止した場合、コンプレッサを再起動させようとすると、ピストンは比較的高圧の圧縮室内のエアをさらに圧縮しなければ運動できないが、この圧縮動作に入る直前のバランスウエイトを含む回転系の角運動量が小さい又はないため、圧縮動作を完了して起動するには大きな駆動力が必要となる。
このように、大きな駆動力が求められるためにコンプレッサの起動が困難な場合、吐出側配管内の空気を排出する等して差圧を小さくする必要が生じる。しかし、吐出側空気を排出すると、再度車高を上げるためには、排出した分の空気をコンプレッサの駆動初期に圧縮しなければならず、コンプレッサの即応性が低下するとともに使用エネルギー量が増加する。このため、吐出側に位置するエア室や吐出ポート内の圧力を維持することが望まれる。
本発明は、エアサスペンションシステムにおけるコンプレッサの差圧が存在する条件下での起動を容易にすることを目的とする。
上記事情に鑑みてなされた本発明は、車体側と車輪側との間に介装され空気の給排に応じて車高調整を行う複数のエア室に、コンプレッサで圧縮した空気を供給するエアサスペンションシステムであって、
前記コンプレッサは、
ピストンに連結し、該ピストンの移動方向に延びる可動子と、
該可動子を前記ピストンの移動方向に往復動させる電機子と、
前記ピストンの上死点方向へ前記可動子を付勢する付勢手段と、
を有し、
前記付勢手段は、自然長を有するときに中立点の変位となり、前記ピストンの往復動に応じて前記ピストンが前記中立点から上死点側に位置するときは圧縮状態となり、前記ピストンが前記中立点から下死点側に位置するときは引張状態となるばね、または、前記電機子に対して上死点側及び下死点側のそれぞれに設けた２つのばねであり、該２つのばねの一方または両方が前記ピストンの往復動の間圧縮状態である圧縮ばねであり、
前記排気通路開閉弁は、前記コンプレッサを停止させてから次回起動するまでの間、閉ポジションに設定されることを特徴とする。
また、上記事情に鑑みてなされた本発明は、
車体側と車輪側との間に介装され空気の給排に応じて車高調整を行う複数のエア室に、コンプレッサで圧縮した空気を供給するエアサスペンションシステムであって、
前記コンプレッサは、
ピストンに連結し、該ピストンの移動方向に延びる可動子と、
該可動子を前記ピストンの移動方向に往復動させる電機子と、
前記ピストンの上死点方向へ前記可動子を付勢する付勢手段と、
を有し、
前記付勢手段は、自然長を有するときに中立点の変位となり、前記ピストンの往復動に応じて前記ピストンが前記中立点から上死点側に位置するときは圧縮状態となり、前記ピストンが前記中立点から下死点側に位置するときは引張状態となるばねであり、
前記中立点は、前記ピストンが往復動のストローク中心に位置している場合より上死点側であり、
前記排気通路開閉弁は、前記コンプレッサを停止させてから次回起動するまでの間、閉ポジションに設定されることを特徴とする。
また、上記事情に鑑みてなされた本発明は、
車体側と車輪側との間に介装され空気の給排に応じて車高調整を行う複数のエア室と、
空気を圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサにより圧縮された空気を蓄えるタンクと、を有し、
該タンクに前記コンプレッサで圧縮した空気を貯留し、前記タンク内の空気を前記エア室に供給するエアサスペンションシステムであって、
前記コンプレッサの吐出ポート側に第１の端部が接続し、該吐出ポート側の圧縮空気を排気可能な排気通路と、
該排気通路の空気の流通を遮断する閉ポジションと前記排気通路の空気を流通させる開ポジションとを実行可能な排気通路開閉弁と、
を有し、
前記コンプレッサは、
ピストンに連結し、該ピストンの移動方向に延びる可動子と、
該可動子を前記ピストンの移動方向に往復動させる電機子と、
前記ピストンの上死点方向へ前記可動子を付勢する付勢手段と、
を有し、
前記付勢手段は、自然長を有するときに中立点の変位となり、前記ピストンの往復動に応じて前記ピストンが前記中立点から上死点側に位置するときは圧縮状態となり、前記ピストンが前記中立点から下死点側に位置するときは引張状態となるばねであり、
前記中立点は、前記ピストンが往復動のストローク中心に位置している場合より上死点側であり、
前記排気通路開閉弁は、前記コンプレッサを停止させてから次回起動するまでの間、閉ポジションに設定されることを特徴とする。
本発明によれば、コンプレッサの差圧が存在する条件下での起動を容易にすることが可能なエアサスペンションシステムを提供できる。
実施例１のエアサスペンションシステムを示す回路図 実施例１のエアサスペンションシステムを搭載した車両の概略図 実施例１の（ａ）コンプレッサのｙｚ平面断面図、（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａによるコンプレッサの断面図であり、電機子及び可動子のｚ方向視図 実施例１の可動子の上面図 実施例１の時間に対するピストンの変位、ピストンに印加される空圧による力、磁気力、及びばね力の関係を示す図 実施例１のピストンのｚ方向位置、並びにピストンに印加されるばね力、空圧による力及び磁気力との関係を示す図 実施例１のリニアモータが有する２つの電機子及びこれらの間に設けた磁性スペーサの断面斜視図 図６から磁気力を除去した図 実施例１の車高を上げる際の弁の切換状態を示すエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例１の車高を下げる際の弁の切換状態を示すエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例２のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例３のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例４のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例５のコンプレッサのｙｚ平面断面図 実施例６のコンプレッサのｙｚ平面断面図 実施例６のコンプレッサの起動時から定常状態に亘るストローク指令値Ｌ（可動子又はピストンの往復動の振幅の指令値）、コイルへの印加電圧の周波数指令値ω、及び印加電圧の振幅指令値Ｖ、に対する時間ｔの関係を示すグラフ
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同様の説明は繰り返さない。本発明は、各実施例に記載の具体的態様に限定されない。
説明に用いるｘ，ｙ，ｚ方向は、それぞれ互いに直交する方向とする。
［エアサスペンションシステム１００］
図１は実施例１のエアサスペンションシステム１００を示す回路図、図２はエアサスペンションシステム１００を搭載した車両２００の概略図である。但し、図２に係るエアサスペンションシステム１００については、後述する分配点９Ｎ及びこれよりエアサスペンション１，２側の構成要素のみを図示している。
エアサスペンションシステム１００は、２つのエアサスペンション１，２、リニアモータ３Ｂを駆動源とするコンプレッサ３、吸気フィルタ４、第１タンク５、及びエアドライヤ７、並びに、弁として、３つのチェック弁８，１５，１７、給排切換弁１０、２つのサスペンション制御弁１１，１２、戻り通路開閉弁１４、及び排気通路開閉弁１９、を有している。エアサスペンションシステム１００は、空気が流通可能な通路によってこれらを接続している。
エアサスペンションシステム１００は、例えば車両２００に搭載され、エアサスペンション１，２のエア室１Ｃ，２Ｃ内の空気圧の制御を行うシステムである。例えば車両２００の左車輪２１０Ｌ及び右車輪２１０Ｒには、これらのハブ等同士を繋ぐ車軸２２０が設けられている。例えば、左車輪２１０Ｌ及び右車輪２１０Ｒそれぞれと車体２３０の間や、ハブ及び車体２３０の間といった、車輪２１０側及び車体２３０側の間にエアサスペンション１、２を設け、エア室１Ｃ，２Ｃ内の空気圧を制御することで、車高の調整を行える。
エアサスペンション１，２は、図２に示すように車輪２１０側の車軸２２０と車両２００の車体２３０との間に取り付けられてもよく、また、車輪２１０と車体２３０とを連結するサスペンションのアーム類(車輪２１０側）と車体２３０との間や車輪２１０のハブ（車輪２１０側）とサスペンションのアッパーアームの車体２３０取付部近傍（車体２３０側）との間に取付けてもよい。このように、エアサスペンション１，２は、車輪２１０と車体２３０を支えるように設けられれば良く、例えば、上下方向について車輪２１０と車体２３０との間に設けることができ、直接、車輪２１０や車体２３０に取り付ける態様には限られない。
本実施例では、エアサスペンションを２つ有するエアサスペンションシステム１００について説明するが、エアサスペンションシステム１００が含むエアサスペンションの個数は１つ以上であれば特に制限されない。エアサスペンションの個数は、例えば車輪の個数に等しくすることができる。例えば４輪自動車の場合には、２つの前輪側に２個、２つの後輪側の２個の、合計４個のエアサスペンションを配設できる。なお、本実施例では、緩衝用のシリンダ１Ａ，２Ａとエアばねとなるエア室１Ｃ，２Ｃとを一体にした例を示したが、大型車やリヤサスペンション側で周知のように緩衝用のシリンダ（油圧緩衝器）１Ａ，２Ａとエアばねとを独立に設けてもよい。
［エアサスペンション１，２］
エアサスペンション１，２には、緩衝用のシリンダ１Ａ，２Ａそれぞれとピストンロッド１Ｂ，２Ｂそれぞれとの間にエア室１Ｃ，２Ｃが形成されており、エアばねを構成している。エア室１Ｃ，２Ｃそれぞれには後述する通路が接続されており、エアサスペンションシステム１００の動作によって圧力及び車高が制御されている。
［コンプレッサ３］
コンプレッサは、吸入ポート３Ｃから吸入した空気を圧縮して吐出ポート３Ｄから吐出することができる。その他の詳細は後述する。
［吸気フィルタ４］
吸気フィルタ４は、エアサスペンションシステム１００が必要に応じて外気（大気）を取り入れることができる外気取り入れ口に設けられており、エアサスペンションシステム１００が外気を取り入れる際、外気中の粉塵等を除去することができる。
［第１タンク５］
第１タンク５は、例えば空気をコンプレッサ３により圧縮し、その圧縮空気を貯留できる。第１タンク５内の圧力は、圧力センサ５Ｂによって検知できる。
［エアドライヤ７］
エアドライヤ７は、内部にシリカゲル等の乾燥剤を保持しており、エアドライヤ７を通過する空気の湿度を低下させることができる。
［エアサスペンションシステム１００の通路］
エアサスペンションシステム１００は、通路として、給排通路９、補給通路６、吸込み側通路２０、戻り通路１３、バイパス通路１６、及び排気通路１８を有する。
（給排通路９）
給排通路９（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）は、エアサスペンション１に第１の端部を、エアサスペンション２に第２の端部を、給排切換弁１０に第３の端部を、有する通路であり、サスペンション制御弁１１，１２が設けられている。
給排通路９は、分配給排通路９Ａ、分配給排通路９Ｂ、及び合同給排通路９Ｃを有しており、これらそれぞれの一端は、分配点９Ｎにおいて互いに接続している。分配給排通路９Ａは、一端が分配点９Ｎに、他端がエア室１Ｃに接続している。分配給排通路９Ｂは、一端が分配点９Ｎに、他端がエア室２Ｃに接続している。合同給排通路９Ｃは、一端が分配点９Ｎに、他端が給排切換弁１０に接続している。
（補給通路６）
補給通路６は、給排切換弁１０に第１の端部を、コンプレッサ３の吐出ポート３Ｄに第２の端部を、有する通路であり、第１タンク５、エアドライヤ７及び第１のチェック弁８が設けられている。
補給通路６には、エアドライヤ７に対して吐出ポート３Ｄとは反対側に、バイパス終点１６Ｂが位置している。バイパス終点１６Ｂには、後述するバイパス通路１６の第２の端部が接続している。
補給通路６には、エアドライヤ７に対して吐出ポート３Ｄと同じ側に、排気始点１８Ａが位置している。排気始点１８Ａには、後述する排気通路１８の第１の端部が接続している。
第１タンク５は、補給通路６の第１の端部及び第１のチェック弁８の間に位置している。
エアドライヤ７は、バイパス終点１６Ｂ及び排気始点１８Ａの間に位置している。後述するように、エアサスペンションシステム１００は、コンプレッサ３をバイパスさせて、エア室１Ｃ，２Ｃ内の空気を大気中に放出する排気を行うことができる。この際、バイパス通路１６及び排気通路１８を通って空気が流通するため、エア室１Ｃ、２Ｃの乾燥空気が流れて、エアドライヤ７の乾燥剤の水分を除去することができる。
第１のチェック弁８は、バイパス終点１６Ｂ及び第１タンク５の間に位置している。第１のチェック弁８は、補給通路の第２の端部側から第１の端部側へ空気が流れることを可能にし、その逆の流れを遮断する。これにより、第１タンク５内の空気が、コンプレッサ３や排気通路１８に流れることを防止できる。
（吸込み側通路２０）
吸込み側通路２０は、吸込みポート３Ｃに第１の端部を、外気取り入れ口に第２の端部を、有する通路であり、第２のチェック弁１５が設けられている。
吸込み側通路２０の吸込みポート３Ｃ及び第２のチェック弁１５の間には、戻り終点１３Ｂが位置している。戻り終点１３Ｂには、後述する戻り通路１３の第２の端部が接続している。
第２のチェック弁１５及び外気取り入れ口の間には、排気終点１８Ｂが位置している。排気終点１８Ｂには、後述する排気通路１８の第２の端部が接続している。
第２のチェック弁１５は、戻り終点１３Ｂ及び排気終点１８Ｂの間に位置している。第２のチェック弁１５は、吸込み側通路２０の第２の端部側から第１の端部側に空気が流通することを可能にし、その逆を遮断する。詳細は後述するが、これにより、戻り通路１３及び戻り通路開閉弁１４を通過したエア室１Ｃ，２Ｃ内の空気が外気取り入れ口から排気されることを防止し、吸入ポート３Ｃに導くことができる。
（戻り通路１３）
戻り通路１３は、給排切換弁１０に第１の端部を、戻り終点１３Ｂに第２の端部を、有する通路であり、戻り通路開閉弁１４が配されている。
戻り通路１３には、給排切換弁１０及び戻り通路開閉弁１４の間にバイパス始点１６Ａが位置している。バイパス始点１６Ａには、後述するバイパス通路１６の第１の端部が接続している。
（バイパス通路１６）
バイパス通路１６は、バイパス始点１６Ａに第１の端部を、バイパス終点１６Ｂに第２の端部を、有する通路であり、第３のチェック弁１７が配されている。
第３のチェック弁１７は、バイパス通路１６の第１の端部側から第２の端部側への空気の流通を可能にし、その逆を遮断する。これにより、吐出ポート３Ｄから吐出された空気を第１タンク５に効果的に導くことができる。
（排気通路１８）
排気通路１８は、排気始点１８Ａに第１の端部を、排気終点１８Ｂに第２の端部を、有する通路であり、排気通路開閉弁１９が配されている。
排気通路１８は、第２の端部を排気終点１８Ｂに接続させず、外気取り入れ口以外の場所から空気を排気する態様にされても良いが、本実施例のように排気終点１８Ｂが外気取り入れ口及び第２のチェック弁１５の間に設けられていると、戻り通路１３、バイパス通路１６及び排気通路１８を通って排気される空気によって、吸気フィルタ４に付着した塵埃を除去できる。
［エアサスペンションシステム１００の各種の弁］
上述したように、エアサスペンションシステム１００は、チェック弁８，１５，１７に加え、給排切換弁１０、２つのサスペンション制御弁１１，１２、戻り通路開閉弁１４、及び排気通路開閉弁１９、を有している。
（給排切換弁１０）
給排切換弁１０は、３つの通路に接続し、これらの接続関係を２種類に切換可能な３ポート２ポジションの電磁弁である。
給排切換弁１０は、補給通路６の第１の端部、戻り通路１３の第１の端部、及び給排通路９の第３の端部に接続している。
給排切換弁１０は、２つのポジションとして、補給通路６の第１の端部及び給排通路９の第３の端部を接続させるとともに、戻り通路１３の第１の端部及び給排通路９の第３の端部を遮断する供給ポジション（ａ）と、戻り通路１３の第１の端部及び給排通路９の第３の端部を接続させるとともに、補給通路６の第１の端部及び給排通路９の第３の端部を遮断する排出ポジション（ｂ）とを有している。ポジションの切換は、例えばソレノイド１０Ａの励磁状態を切換えることで行うことができる。本実施例では、ソレノイド１０Ａが励磁されていないときには、ばね１０Ｂによって給排切換弁１０は排出ポジション（ｂ）を保持し、ソレノイド１０Ａが励磁されたときには、ばね１０Ｂに抗して供給ポジション（ａ）に切換えられる。
（サスペンション制御弁１１）
サスペンション制御弁１１は分配点９Ｎ及びエアサスペンション１の間に設けられており、サスペンション制御弁１２は分配点９Ｎ及びエアサスペンション２の間に設けられている。
サスペンション制御弁１１は、２つの通路に接続し、これらの接続関係を２種類に切換可能な２ポート２ポジションの電磁弁である。
サスペンション制御弁１１は、２つのポジションとして、分配給排通路９Ａを開いてエア室１Ｃの空気の給排を可能にする開ポジション（ａ）と、分配給排通路９Ａを閉じてエア室１Ｃの空気の給排を遮断する閉ポジション（ｂ）とを有している。ポジションの切換は、例えばソレノイド１１Ａの励磁状態を切換えることで行える。本実施例では、ソレノイド１１Ａが励磁されていないときには、ばね１１Ｂによってサスペンション制御弁１１は閉ポジション（ｂ）を保持し、ソレノイド１１Ａが励磁されたときには、ばね１１Ｂに抗して開ポジション（ａ）に切換えられる。
（サスペンション制御弁１２）
サスペンション制御弁１２は、サスペンション制御弁１１と同様に２ポート２ポジションの電磁弁であり、分配給排通路９Ｂについてサスペンション制御弁１１と同様の開閉制御を行うことができる。これら２つのサスペンション制御弁１１，１２の制御は同時に行っても良いし、独立して制御しても良い。
（戻り通路開閉弁１４）
戻り通路開閉弁１４は、サスペンション制御弁１１，１２と同様に２ポート２ポジションの電磁弁であり、戻り通路１３のバイパス始点１６Ａ及び戻り終点１３Ｂの間についてサスペンション制御弁１１，１２と同様の開閉制御を行うことができる。
（排気通路開閉弁１９）
排気通路開閉弁１９は、サスペンション制御弁１１，１２及び戻り通路開閉弁１４と同様に２ポート２ポジションの電磁弁であり、排気通路１８の排気始点１８Ａ及び排気終点１８Ｂの間についてサスペンション制御弁１１，１２及び戻り通路開閉弁１４と同様の開閉制御を行うことができる。
（弁のその他の設置態様）
なお、以下のように構成を変更して、給排通路９に設けたサスペンション制御弁１１，１２に代えて、エアサスペンションの個数と同数の給排切換弁１０、すなわち、３ポート２ポジションの弁を使用するようにしても良い。具体的には、補給通路６の第１の端部をエアサスペンションの個数と同数に（本実施例では２つに）分岐させて、各給排切換弁１０に接続する。また、戻り通路１３の第１の端部もエアサスペンションの個数と同数に分岐させて、各給排切換弁１０に接続する。さらに、各分配給排通路（本実施例では２つ）の一端それぞれを、分配点９Ｎに代えて各給排切換弁１０に接続する。
上記のように構成を変更した場合、エアサスペンションの何れか一つ又は二つ以上に給気中にエアサスペンションのその他を排気することも可能となる。
また、簡易的なシステム構成であれば、サスペンション制御弁１１，１２を廃止し、分配給排通路９Ｂに絞りを設けてもよい。
［リニアモータ３Ｂを利用したコンプレッサ３］
図３（ａ）はコンプレッサ３のｙｚ平面による断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線によるコンプレッサ３の断面図であり、電機子５０及び可動子３８のｚ方向視図である。
コンプレッサ３は、コンプレッサ本体３Ａ及びリニアモータ３Ｂから構成される。
（コンプレッサ本体３Ａ）
コンプレッサ本体３Ａは、シリンダ３３、シリンダ３３内を摺動可能に配置されたピストン３４、シリンダ３３内部とピストン３４によって形成される圧縮室４２、及び、ピストン３４に一端が、接続部３５に他端が接続したロッド４７を有する。接続部３５は、ロッド４７及びリニアモータ３Ｂの可動子３６を接続している。接続部３５及びロッド４７を介して可動子３６の往復動力がピストン３４に伝達する。
シリンダ３３は、ピストン３４の側周形状（ｚ方向視形状）に合わせた略円筒形状の側壁を備えている。側壁のｚ方向一方側にはピストン３４が挿入された開口が設けられており、他方側には排気バルブ３１及び吸気バルブ３２が形成された奥壁が設けられている。側壁、ピストン３４及び奥壁で囲まれた空間として圧縮室４２が形成されている。圧縮室４２及び吐出ポート３Ｄは、排気バルブ３１を介して接続している。圧縮室４２及び吸込ポート３Ｃは、吸気バルブ３２を介して接続している。排気バルブ３１としては、圧縮室４２から吐出ポート３Ｄ側への流れのみを許容し、圧縮室４２内の圧力が所定以上の場合に開く弁等を採用できる。吸気バルブ３２としては、吸込ポート３Ｃから圧縮室４２への流れのみを許容し、圧縮室４２内の圧力が別の所定以下の場合に開く弁等を採用できる。また、バルブの開閉タイミングを制御可能な電磁弁で吸気バルブ３２や排気バルブ３１を構成してもよい。
ピストン３４は、可動子３６の往復動力を受けて往復動する。ピストン３４の往復動方向をｚ方向とし、特に、ピストン３４の下死点側を＋ｚ方向、上死点側を−ｚ方向とする。可動子３６の−ｚ方向の端部には、ピストン３４がロッド４７及び接続部３５を介して接続されており、可動子３６のｚ方向の往復運動によりピストン３４が運動し、圧縮室４２の空気の吸込、圧縮および排出動作が可能となる。
圧縮室４２内部の空気は、ピストン３４の運動に応じて圧縮又は膨張するため、圧縮室４２内の圧力（空圧）が変動する。空圧はピストン３４に対して下死点に向かう力を与える弾性体（エアばね）として機能する。
（リニアモータ３Ｂ）
リニアモータ３Ｂは、可動子３６に往復動力を付与する機構であり、以下詳述するように、コンプレッサ３の起動を容易にさせることができる。リニアモータ３Ｂは、鉄心４１及び鉄心４１に巻き付けられるコイル３７を有する電機子５０、端部スペーサ５１、磁性スペーサ５２、非磁性スペーサ５３、永久磁石３８を配した可動子３６、並びに付勢手段の一例である弾性体として、ばね４０を有する。
＜電機子５０＞
電機子５０の鉄心４１は磁性体を含んで形成されており、磁極歯４３としての第１磁極歯４３Ａ及び第２磁極歯４３Ｂ、並びに２つの磁極歯４３を繋ぐ腕部３９を有する。
第１磁極歯４３Ａ及び第２磁極歯４３Ｂは、可動子３６が配された空隙を介して対向している。第１磁極歯４３Ａ及び第２磁極歯４３Ｂの対向方向をｙ方向とする。また、第１磁極歯４３Ａ及び第２磁極歯４３Ｂは、２つの腕部３９により接続している。２つの腕部３９はそれぞれｙ方向に延在するとともに、可動子３６を介して対向している。腕部３９の対向方向をｘ方向とする。
鉄心４１は、本実施例のように第１磁極歯４３Ａ、第２磁極歯４３Ｂ、及び腕部３９が一体形成された物でも良いし、例えば、腕部３９の途中で別体構成とされた物でもよい。例えば、鉄心４１は、第１磁極歯４３Ａ及び２つの腕部３９のｙ方向寸法の略半分を有するパーツと、第２磁極歯４３Ｂ及び２つの腕部３９のｙ方向寸法の略半分を有するパーツとに分割可能な物でも良い。
電機子５０のコイル３７は、第１磁極歯４３Ａと第２磁極歯４３Ｂの一方又は両方に巻回されている。コイル３７には、例えば正弦波又は矩形波状の交流電流流される。これによりコイル３７から磁束を生じさせて、後述するように、可動子３６に配した永久磁石３８との間で磁気力を発生させて、可動子３６にｚ方向の往復動力を付与することができる。なお、第１磁極歯４３Ａと第２磁極歯４３Ｂの両方にコイル３７が巻回されている場合は、これらコイル３７には同相の電流が流される。
電機子５０は、ｚ方向に１つ又は２つ以上が並べられる（本実施例では２つである。）。電機子５０同士の間には、磁性体で形成された磁性スペーサ５２又は非磁性体で形成された非磁性スペーサ５３を設けることができるが、後述するように磁束の高密度化の観点からは、磁性スペーサ５２を用いることが好ましい。また、電機子５０及びコンプレッサ本体３Ａの間や、電機子５０及び後述する固定部５５の間等、最も＋ｚ方向側に位置する電機子５０の＋ｚ方向や、最も−ｚ方向側に位置する電機子５０の−ｚ方向には、例えば非磁性体で形成された端部スペーサ５１又は非磁性スペーサ５３を設けることができる。
＜スペーサ＞
端部スペーサ５１、磁性スペーサ５２及び非磁性スペーサ５３は、それぞれ或る程度のｚ方向寸法を有しており、電機子５０同士、又は電機子５０とその他の部材とのｚ方向距離を調節することができる部材である。端部スペーサ５１は、接続部３５のｘ方向及びｙ方向周囲の略全部を囲む形状となっており、接続部３５を周囲から保護している。端部スペーサ５１及び非磁性スペーサ５３それぞれは、電機子５０で生じる磁束が漏れてコンプレッサ本体３Ａやばね４０に伝搬することを抑制している。これにより、電機子５０で生じる磁束を利用して可動子３６に効果的に磁気力を付与できるようにしている。電機子５０、端部スペーサ５１、磁性スペーサ５２、非磁性スペーサ５３及び固定部５５は互いに固定されている。これは、例えばｚ方向にこれら部材を貫通するボルト等の挿通部材によって行うことができる。
＜可動子３６＞
図４は、可動子３６の上面図である。可動子３６は、ｘ方向に幅を持ち、ｚ方向が長手方向である平板状の板部３６Ａ、及び板部３６Ａに配された１つ又は２つ以上の永久磁石３８を有している。板部３６Ａ、永久磁石３８ともに、ｙ方向を法線ベクトルとする平板形状である。永久磁石３８は、ｙ方向に磁化している。複数の永久磁石３８を配する場合は、ｚ方向に並ぶ永久磁石３８は、磁化方向が交互に反転されつつ並べられてもよい。
図３に例示するように、可動子３６は、第１磁極歯４３Ａと第２磁極歯４３Ｂとの間に配置されている。すなわち、可動子３６のｙ方向一方側には第１磁極歯４３Ａが、他方側には第２磁極歯４３Ｂが位置している。また、可動子３６のｘ方向両側にはそれぞれ腕部３９が位置している。
可動子３６は、第１磁極歯４３Ａ及び第２磁極歯４３Ｂの間にそれぞれ隙間４４Ａ，４４Ｂを挟んでおり、腕部３９とも同様に隙間を挟んでいる。
隙間４４Ａ，４４Ｂは、例えば、可動子３６を案内するリニアガイド（不図示）の設置位置を調整すること等により確保できる。リニアガイドは、例えば、転がり軸受けを有する部材にすることや、可動子３６のｙ方向一方側又は両側に設けられる部材にすることができる。隙間４４Ａ，４４Ｂを確保することで、可動子３６に発生する摩擦を抑制し、往復動力の減衰を抑制できる。
可動子３６の一端には、上述の接続部３５が、他端には後述の支持部５４が固定されている。
＜ばね４０＞
ばね４０は、中立点（自然長のときのばね４０の変位）からの変位に応じたｚ方向の力を可動子３６に対して与える。ばね４０は、一端が可動子３６の他端に設けられた支持部５４に、他端が固定部５５に固定されている。
支持部５４は、可動子３６の他端に固定されており、ｚ方向について、電機子５０に対してコンプレッサ本体３Ａの反対側に位置している。固定部５５は、例えば、直接又は間接に車両２００に固定されており、支持部５４より−ｚ側に位置している。固定部５５は、非磁性スペーサ５３を介して電機子５０に固定されており、電機子５０はコンプレッサ３のハウジング（不図示）に取付られて実質的に車両２００に対して静止している。電機子５０は、防振ゴム等を介してハウジングに取付けられても良い。
電機子５０に対して相対的に移動する支持部５４が固定部５５より＋ｚ側に位置するため、ばね４０が中立点よりも＋ｚ側に変位していればばね４０は引張状態になり、−ｚ側に変位していれば圧縮状態になる。また、本実施例のばね４０は、中立点よりも＋ｚ側に変位していれば−ｚ方向への、−ｚ側に変位していれば＋ｚ方向へのばね力が発生して、可動子３６に作用する。中立点は、ピストン３４の変位が上死点であるときのばね４０の変位及び下死点であるときのばね４０の変位の間になるように構成できる。また、例えば、ピストン３４の変位がストローク中心（上死点及び下死点の中点）であるときのばね４０の変位が中立点に略一致するように設定してもよいし、後述するように、それより上死点側に設定しても良い。
以下、記載を簡潔にするため、ピストン３４の変位によってばね４０の変位にも言及することがある。例えば、ばね４０の変位に関して説明している文脈において、「上死点」、「下死点」、又は「ストローク中心」なる語によって、「ピストン３４が上死点、下死点、又はストローク中心に位置するときのばね４０の変位」を意味することがある。
＜駆動中の空圧による力、磁気力、及びばね力の作用＞
図５は、時刻ｔに対するピストン３４の変位、ピストン３４に印加される空圧による力、磁気力、及びばね力の関係を示す図である。図５（ａ）のグラフは、縦軸をピストン３４の変位、横軸を時間とするグラフであり、図５（ｂ）のグラフは、縦軸を力とし、横軸を時間とするグラフである。ピストン３４には、上述したように、圧縮室４２の空圧による力、電機子５０及び永久磁石３８による磁気力（電磁力）、及び付勢手段による力（本実施例ではばね力）が作用する。
図５を参照しつつ、圧縮室４２が最も膨張した状態（ピストン３４が下死点にある状態）をｔ＝０として、ｔ＝０からのピストン３４の運動（圧縮動作工程）を説明する。時刻の進み方は、図５（ａ）及び図５（ｂ）で同一である。また、ｚ＝０となる点は、ピストン３４のストローク中心であり、ｚ＜０の範囲に属する点は、上死点側であり、ｚ＞０の範囲に属する点は、下死点側である。説明の簡便のため、ここでは、ストローク中心がばね４０の中立点に一致するとして説明する。また、コンプレッサ３はクランク機構ではなくリニアモータ３Ｂによって往復動を行うため、下死点や上死点の位置は必ずしも一定ではないが、ピストン３４の往復動が安定して上死点及び下死点が略一定となっている場合について説明する。コンプレッサ３の起動時等、ストローク長が変動している間は、ピストン３４の各＋ｚ方向移動や−ｚ方向移動において、速度が０になった時刻の位置を下死点及び上死点と考えることができる。そして、本実施例のコンプレッサ３は、下死点がばね４０の中立点より＋ｚ方向に位置し、上死点がばね４０の中立点より−ｚ方向に位置するように、電機子５０が可動子３６に与える磁気力を制御する。
＜＜下死点にあるとき＞＞
ピストン３４が下死点にあるときは、ばね４０が中立点より下死点側に変位している（引張されている）ため、ピストン３４はばね４０から上死点に向かう力を大きく受ける。ピストン３４は、下死点より−ｚ側には変位しないため、上死点に向かうばね力の大きさは最大となる。
このときの空圧による力は、圧縮室４２の容積が最も大きい状態であることから、最小値となる。また、磁気力については特に制限されないものの、ばね４０による力が大きいため、図５（ｂ）に例示するように、比較的小さい力、好ましくは略０になるように公知の同期式モータの制御方法を適用することが好ましい。本実施例において、このような磁気力を実現する方法については後述する。
以上より、下死点におけるピストン３４は、主にばね４０によって上死点に向かう力を受ける。
＜＜下死点側にあるとき＞＞
下死点から上死点側に向けてピストン３４が移動するにつれ、ばね４０は引張状態から自然長状態に向かって変位するため、ばね力は小さくなる。また、このときの空圧による力は、圧縮室４２内の空気が圧縮されるにつれて大きくなる。また、磁気力については、上死点方向の力が大きくなるように公知の同期式モータの制御方法を適用することが好ましい。
以上より、下死点側にあるピストン３４は、ばね４０及び磁気力によって上死点に向かう力を受ける。
＜＜ストローク中心にあるとき＞＞
さらに上死点側にピストン３４が移動してストローク中心に達した場合について説明する。上述したように、ストローク中心と中立点が一致するとして説明するが、後述するように、中立点は必ずしもストローク中心に一致する必要はなく、ストローク中心よりも上死点側に設定しておくことができる。
ピストン３４がストローク中心にあるとき、可動子３６の速度は最も高くなるとともにばね４０の変位は自然長状態となり、ばね力は最小になる。また、空圧による力は、漸増していく。磁気力については、上死点方向の力が最大となるように公知の同期式モータの制御方法を適用することが好ましい。
＜＜上死点側にあるとき＞＞
ピストン３４が変位０を越えてストローク中心より上死点側にピストン３４が達すると、ばね４０は圧縮状態となってばね力の向きは下死点方向へ切り替わる。また、空圧による力は、漸増していく。また、磁気力については、例えば可動子の変位に対して９０°遅らせることができる。本実施例では後述するように、上死点方向の力が漸減して次第に下死点方向の力に切替るように構成されている。
以上より、上死点側にあるピストン３４は、ばね４０にエネルギーを蓄え始めて減速していく。
＜＜上死点近傍にあるとき＞＞
ピストン３４が上死点近傍に到達すると、ばね４０による下死点方向への力が漸増していく。また、圧縮室４２の容積の減少割合の速度が増加するため、圧縮室４２の圧力の増加速度が大きくなり、空圧による力は急増する。圧縮室４２の圧力増加をトリガーとして排気バルブ３１が開き、圧縮室４２内の空気が排気されていくため、空圧による下死点への力が略一定となりピークを迎える。上死点側への磁気力は０に近づき、反転して下死点側に切替る。
＜＜上死点にあるとき＞＞
ピストン３４の速度が０になると、ピストン３４が上死点に到達したことになる。このとき、ばね４０がピストン３４のエネルギーを蓄え終えて最も圧縮される。下死点方向へのばね力及び空圧による下死点方向への力が上死点方向への力を上回り、ピストン３４は、下死点側への速度で運動する膨張動作工程に切り替わる。上述したように、コンプレッサ３はリニアモータ３Ｂによって往復動力を受けるため、上死点位置は必ずしも一定ではない。
＜＜膨張動作工程に切り替わった後＞＞
排気バルブ３１を通じた排気による圧力低下、圧縮室４２の体積増加による圧力低下が生じるため、空圧による下死点方向への力は急減する。また，ばね４０が中立点に近づくため、ばね４０による下死点方向の力も徐々に小さくなる。また、磁気力は下死点方向の力が漸増するように構成すると好ましい。
ピストン３４が下死点方向に移動してストローク中心に到達すると、ばね力は０になる。空圧による力も減少する。磁気力については、下死点方向の力が最大となるように構成すると好ましい。
ピストン３４がストローク中心より下死点側に到達すると、ばね力は上死点側に切り替わり、空圧による力はさらに減少する。磁気力については、下死点方向の力が漸減するように構成すると好ましい。
上死点方向へのばね力及び空圧による力が下死点方向への力を上回り、ピストン３４の速度が０になると、ピストン３４は下死点に到達したことになる。すなわち、圧縮室４２の容積が最も大きくなった状態になる。以後、この周期的な動作を繰り返すことができる。
＜変位と各力の関係＞
図６はピストン３４の変位に対する、ピストン３４に印加されるばね力、空圧による力及び磁気力の関係を示す図である。縦軸はピストン３４に印加される力であり、正方向が＋ｚ方向に働く力、負方向が−ｚ方向に働く力を示す。縦軸と横軸との交点は原点であり、ｚ＝０となる点は、ストローク中心である。
図６では、ばね４０の中立点がピストン３４のストローク中心よりも上死点側になるように構成されている場合を説明するが、ばね４０の中立点がピストン３４のストローク中心に一致する場合は、図６中の「ばね力」の直線が原点を通るようになる以外は同様である。
空圧による力は、ピストン３４に対して常に＋ｚ方向への力を印加するため、ばね中立点をストローク中心より上死点側に設定することで、ピストン３４のストローク中心をより−ｚ側におくことができる。すなわち、ピストン３４のストローク中心を、シリンダ３３のｚ方向寸法の中心側に設定しやすくなり、ストローク最大長を長くできる。
＜磁気力の発生と磁路＞
図７は、本実施例のリニアモータ３Ｂが有する２つの電機子５０及びこれらの間に設けた磁性スペーサ５２の断面斜視図である。
それぞれの電機子５０の磁極歯４３に巻き付けられているコイル３７には、インバータ回路等を含む電源を接続して指示した電流を流すことができる。コイル３７に、上述したような交流の電流又は電圧を印加すると、磁性体である鉄心４１を通過する磁束が発生する。磁束は、例えばｘｙ平面に形成される磁路として実線矢印で例示するように、腕部３９並びに第１磁極歯４３Ａ及び第２磁極歯４３Ｂを含む磁路を流れる。これにより、第１磁極歯４３ＡがＮ極又はＳ極に、対向する第２磁極歯４３ＢがＳ極又はＮ極に磁化する。電流又は電圧の周波数及び極性を、種々公知の同期式モータの方法を用いて制御することで、可動子３６に配した永久磁石３８と磁極歯４３との間で磁気反発力及び磁気吸引力を発生させることができ、可動子３６にｚ方向の往復動力を与えることができる。
また、本実施例では、ｚ方向に並んだ２つの電機子５０を磁性スペーサ５２で繋いでいる。これにより、発生した磁束は、ｙｚ平面に形成される磁路として破線矢印で例示するように、２つの電機子５０それぞれの第１磁極歯４３Ａ及び第２磁極歯４３Ｂ、並びに２つの第１磁極歯４３Ａの間及び２つの第２磁極歯４３Ｂそれぞれの間に設けられた磁性スペーサ５２を含む磁路を流れる。
このように、本実施例では２つの平面に形成された２種類の磁路を形成できるため、磁束飽和を抑制することができる。すなわち、高出力のリニアモータ３Ｂを構成できる。
なお、図３（ａ）に例示するように、それぞれのコイル３７は、２つの矢印４５に示すように、磁性スペーサ５２を介して隣り合う電機子５０間では磁束の方向が逆になるように結線されている。
また、コイル３７に電流又は電圧が印加されたときには、矢印４６Ａ，４６Ｂで例示するように、可動子３６にはたらく磁気吸引力及び磁気反発力は、ｙ方向成分を有する。可動子３６に配された永久磁石３８それぞれには、ｙ方向両側の磁極歯４３との間で磁気吸引力又は磁気反発力の何れか同種の力がはたらくため、結果として磁気力のｙ方向成分は略相殺される。
＜磁気力の制御＞
図７に例示するように、並んだ２つの電機子５０に着目し、−ｚ方向側の磁極歯４３のｚ座標をＡ、＋ｚ方向側の磁極歯４３のｚ座標をＣ、Ａ及びＣの中点のｚ座標をＢ、Ａ及びＢの中点のｚ座標をＤ、Ｂ及びＣの中点のｚ座標をＥとする。
以下、可動子３６に配された１つの永久磁石３８が、磁化した磁極歯４３から受けるｚ方向の磁気力について説明する。簡便のため、永久磁石３８は＋ｙ方向にＮ極、−ｙ方向にＳ極を持つよう磁化しているとして説明するが、同様の説明は永久磁石３８の磁化方向が逆の場合でも成り立つ。
永久磁石３８のｚ方向中心がＡに位置するとき、永久磁石３８は、Ａに位置する磁極歯４３からはｚ方向の力を受けず、永久磁石３８のｚ方向中心がＣに位置するとき、永久磁石３８は、Ｃに位置する磁極歯４３からはｚ方向の力を受けない。磁極歯４３Ａ及び磁極歯４３Ｂそれぞれと永久磁石３８を通る直線がｚ軸と成す角度が９０°であるためである。
また、永久磁石３８のｚ方向中心がＡに位置するとき、永久磁石３８は、Ｃに位置する磁極歯４３からは、小さい力しか受けず、永久磁石３８のｚ方向中心がＣに位置するとき、永久磁石３８は、Ａに位置する磁極歯４３からは、小さい力しか受けない。永久磁石３８及び磁極歯４３の距離が大きいためである。
例えば、このように０又は小さな力しか与えられない時刻、すなわちＡ又はＣに永久磁石３８が位置する時刻は、ばね力が大きい時刻に略一致するように構成することが好ましい。すなわち、永久磁石３８がＡに位置するとき、ピストン３４の位置が上死点に略一致し、永久磁石３８がＣに位置するとき、ピストン３４の位置が下死点に略一致するように、ばね４０のばね定数、コイル３７に印加する電流又は電圧の大きさ等を設計して、コンプレッサ３を駆動させると好ましい。なお、永久磁石３８がＡ及びＣに位置する時にコイル３７に印加される電流又は電圧は、比較的小さい値、好ましくは略０になるように設定することができる。具体的な上死点及び下死点のｚ座標はこの好ましい態様に限られず、コイル３７に印加する電流又は電圧の大きさ等の設計によって適宜調整できる。
永久磁石３８のｚ方向中心がＢに位置するとき、Ａ及びＣそれぞれに位置する磁極歯４３及び永久磁石３８の中心を通る直線がｚ軸となす角度は、例えば４５°程度となる。また、磁極歯４３及び永久磁石３８の距離も比較的小さい。このため、永久磁石３８はｚ方向の力を大きく受け、ピストン３４が上死点に向かっている場合は上死点に向かう力を、下死点に向かっている場合は下死点に向かう力を、それぞれ与えるようにコイル３７に印加する電流又は電圧を制御すると好ましい。すなわち、Ｂがストローク中心に略一致するようにコンプレッサ３を構成すると好ましい。このとき、コイル３７に印加される電流又は電圧は、比較的大きい値、好ましくはピーク値になるように設定することができる。
＜コンプレッサ３の起動＞
図８は図６から磁気力を除去した図である。
コンプレッサ３が停止している時は、可動子３６は、可動子３６に加わる力がつりあう位置に静止している。空圧による力は常に＋ｚ側への力をピストン３４に与えるため、コンプレッサ３のモータとしてリニアモータ３Ｂを使用しないコンプレッサ、例えば回転モータ及びクランク機構を採用したコンプレッサを適用する場合、コンプレッサが下死点又は下死点近傍で停止したとき、コンプレッサを起動させるには、モータに印加する電流又は電圧により、空圧による力より大きい上死点方向の力を印加し、ピストンを上死点にまで到達させる必要がある。このため、起動に要する電流又は電圧が大きくなる。この空圧による力は、排気通路開閉弁１９を開ポジション（ａ）にしていれば、吸込ポート３Ｃ及び吐出ポート３Ｄの差圧が経時と共に減少するため、次第に起動が容易になり得るが、閉ポジション（ｂ）に設定されていると差圧が維持されるため、起動は容易になり難い。
本実施例のコンプレッサ３は、モータとしてリニアモータ３Ｂ及び付勢手段としてのばね４０を備えているため、ピストン３４が空圧による力によって＋ｚ側に力を受けると、付勢手段であるばね４０の変位が中立点より＋ｚ側に変位し得る。この場合、ばね４０はピストン３４に−ｚ方向の力を与えることになる。本実施例のように固定部５５が支持部５４に対して−ｚ側に位置するとき、ばね４０は、引張状態で−ｚ方向の力を与えることになる。一方、固定部５５が支持部５４に対して＋ｚ側に位置するとき、ばね４０は、圧縮状態で−ｚ方向の力を与えることになる。
このように、ばね４０による−ｚ方向の力が、空圧による＋ｚ方向の力を一部又は全部相殺するため、コンプレッサ３の起動を容易に行うことができる。このため、コンプレッサを停止させてから次回起動するまでの間、排気通路開閉弁１９のポジション設定を閉ポジション（ｂ）に維持することができるので、エアサスペンションシステム１００の省エネ性を向上したり、コンプレッサ３の起動を行うためにエア室１Ｃ，２Ｃの圧力を下げる必要性が低減するため、車両２００の乗車人の快適性を向上できる。
具体的な起動方法について説明する。起動前は、可動子３６は、空圧による＋ｚ方向の力及び付勢手段による−ｚ方向の力の釣り合い位置で静止している。コイル３７に交流電流又は電圧を印加すると、可動子３６に対して＋ｚ方向又は−ｚ方向への磁気力を付与できる。付勢手段によってピストン３４は−ｚ方向に付勢されているため、比較的小さいエネルギーで上述した駆動時における上死点に到達し得る。また、ピストン３４は上述した駆動時における下死点又は下死点近傍よりも上死点側で釣り合い得るので、起動時に−ｚ方向のみならず＋ｚ方向に磁気力を付与した場合でもコンプレッサ３を起動し得る。何れの場合でも、可動子３６の移動に応じて、ばね４０の圧縮又は引張、及び圧縮室４２内空気の膨張又は圧縮が生じる。後述するように、交流電流又は電圧の周波数を可動子３６の共振周波数に略一致させることで、これらばね４０及び圧縮室４２のエアばねにエネルギーが蓄えられていき、可動子３６の振幅が漸増する。このため、圧縮室４２の圧力が高い条件下であっても、コンプレッサ３は、コイル３７に印加する電流又は電圧が比較的小さい値で起動できる。
付勢手段は、コンプレッサ３の起動の際に可動子３６に上死点に向かう力を付与できれば良く、コイルばねであるばね４０に限られず、板ばねやゴム等の弾性体、電磁石等のポテンシャル付与部を採用しても良い。
＜コンプレッサ３の駆動周波数＞
可動子３６の共振周波数とコイル３７に流れる交流の電流の周波数（駆動周波数）とを略一致させることで、可動子３６に与えられるエネルギーをばね４０等に蓄えさせることができる。これにより、可動子３６の振幅を増加させることができる。
可動子３６の共振周波数は、可動子３６の質量、圧縮室４２内の圧力、及び付勢手段の物性等、例えばばね４０のばね定数によって概ね決まる。この共振周波数に可動子３６の往復動の単位時間当たりの回数（駆動周波数）が略一致するように動作させると、少ないエネルギーで可動子３６の往復運動をさせることができるため、コイル３７に送る指令信号はこの共振周波数となるようにするとよい。
［エアサスペンションシステム１００の動作］
次に、改めて図１等を参照しつつ、エアサスペンションシステム１００の動作について説明する。
（車高を上げる場合）
図９は、車両２００の車高を上げる際の弁の切換状態を示すエアサスペンションシステム１００の回路構成図である。車高を上げる場合は、例えば、第１タンク５内への給圧を完了させ、さらにコンプレッサ３が停止した状態で、戻り通路開閉弁１４及び排気通路開閉弁１９を閉ポジション（ｂ）に保持する。この状態で、給排切換弁１０のソレノイド１０Ａを励磁することにより、給排切換弁１０を供給ポジション（ａ）に切換えると共に、サスペンション制御弁１１，１２のソレノイド１１Ａ，１２Ａを励磁することにより、サスペンション制御弁１１，１２を開ポジション（ａ）に切換える。
これにより、第１タンク５内の圧縮空気が給排通路９に導出され、給排通路９を通じてエアサスペンション１，２のエア室１Ｃ，２Ｃ内に供給される。これにより、車高を上げることができる。エアサスペンション１，２の一部のみに吸気したいときは、吸気したいエアサスペンションに対応するサスペンション制御弁を開ポジション（ａ）にし、その他のサスペンション制御弁を閉ポジション（ｂ）にすればよい。それぞれのエアサスペンションに加わる荷重が不均一な場合は、こうすると細やかな車高調整が可能になる。
車高の上げ動作が完了したら、サスペンション制御弁１１、１２を閉ポジション（ｂ）に切換える。これにより、エアサスペンション１，２のエア室１Ｃ、２Ｃが封止されるので、エアサスペンション１、２は伸長状態を保ち、車高を上げた状態に保つことができる。
なお、車高の上げ動作中に第１タンク５内の圧力が所定圧に以下に低下した場合は、コンプレッサ３を駆動してもよい。また、車高の上げ動作を開始したい時に第１タンク５内の圧力が所定圧以下の場合は、コンプレッサ３を駆動させながら後述する給圧制御を行っても良い。さらに、第１タンク５内の圧力によらず、コンプレッサ３を駆動させながら後述の給圧制御を行っても良い。
（車高を下げる場合）
図１０は、車両２００の車高を下げる際の弁の切換状態を示すエアサスペンションシステム１００の回路構成図である。車高を下げる場合には、給排切換弁１０を排出ポジション（ｂ）に保持すると共に、排気通路開閉弁１９を閉ポジション（ｂ）に保持する。この状態で、戻り通路開閉弁１４のソレノイド１４Ａを励磁することにより、戻り通路開閉弁１４を開ポジション（ａ）に切換えると共に、サスペンション制御弁１１、１２のソレノイド１１Ａ，１２Ａを励磁することにより、サスペンション制御弁１１，１２を開ポジション（ａ）に切換える。また、コンプレッサ３を駆動させる。
これにより、エアサスペンション１，２のエア室１Ｃ，２Ｃ内の空気は、分配給排通路９Ａ，９Ｂと合同給排通路９Ｃとを経て戻り通路１３に導出される。戻り通路１３に導出された空気は、戻り通路開閉弁１４を通過して駆動中のコンプレッサ３の吸込ポート３Ｃに導かれ、コンプレッサ３によって圧縮された後、補給通路６、エアドライヤ７を介して第１タンク５内に貯留される。この結果、エア室１Ｃ，２Ｃから空気が排出されることにより、車高を下げることができる。なお、サスペンション制御弁１１，１２の一部のみを排気状態にすれば、この一部のみのエアサスペンションを縮小させることができる。それぞれのエアサスペンションに加わる荷重が不均一な場合は、こうすると細やかな車高調整が可能になる。
車高の下げ動作が完了した後には、サスペンション制御弁１１，１２を閉ポジション（ｂ）に切換える。これにより、分配給排通路９Ａ，９Ｂが閉じ、エア室１Ｃ，２Ｃが封止されるので、エアサスペンション１，２が縮小状態を保持することにより、車高を下げた状態に保つことができる。
吸入ポート３Ｃにはエア室１Ｃ，２Ｃの圧縮空気が供給されるため、給排切換弁１０が排気ポジション（ｂ）及び戻り通路切換弁１４が開ポジション（ａ）の場合、吸入ポート３Ｃの圧力は、サスペンション制御弁１１，１２の開閉ポジションの状態と、エア室１Ｃ，２Ｃ内の圧力から推定することができる。したがって、サスペンション制御弁１，２に接続しているエア室１Ｃ，２Ｃの圧力を測定する圧力センサを設けて、開ポジション（ａ）となっているサスペンション制御弁の圧力情報を取得すれば、圧縮室３４のエアばねのばね定数の推定を効果的に行うことができる。特に、コンプレッサ３の起動時にコイル３７に供給すべき電流又は電圧の周波数の推定を効果的に行える。
（車高を急速に下げる場合）
例えば車両２００の旋回走行時の姿勢を安定させるために車高を急速に下げる場合には、給排切換弁１０を排出ポジション（ｂ）に保持すると共に、戻り通路開閉弁１４を閉ポジション（ｂ）に保持する。この状態で、排気通路開閉弁１９のソレノイド１９Ａを励磁することにより、排気通路開閉弁１９を開ポジション（ａ）に切換えると共に、サスペンション制御弁１１，１２のソレノイド１１Ａ，１２Ａを励磁することにより、サスペンション制御弁１１，１２を開ポジション（ａ）に切換える。コンプレッサ３は停止させておく。
こうすると、エア室１Ｃ、２Ｃ内の空気は戻り通路１３、バイパス通路１６、排気通路１８を通って外気取り入れ口から大気中に放出される。この結果、エア室１Ｃ，２Ｃから空気を急速に排出して、車高を急速に下げることができる。
車高を急速に下げるときには、エアサスペンション１，２から排出された空気が、バイパス通路１６からエアドライヤ７を通過して排気通路１８へと流れる。これにより、エアドライヤ７内に充填された乾燥剤から水分を除去することができ、乾燥剤を再生させることができる。
（第１タンク５に給圧する場合）
大気中に圧縮空気を放出する等すると、第１タンク５内の圧力が比較的低くなる。この場合、第１タンク５内の圧力を高める動作を行うことができる。図１に例示するように、給排切換弁１０を排出ポジション（ｂ）に保持し、サスペンション制御弁１１，１２、戻り通路開閉弁１４、及び排気通路開閉弁１９をそれぞれ閉ポジション（ｂ）に保持した状態で、コンプレッサ３を起動させる。
これにより、コンプレッサ３は、吸気フィルタ４を介して外気を吸込む。この外気は、吸込み側通路２０を通過して吸込ポート３Ｃから圧縮室４２に流入した後、圧縮されて吐出ポート３Ｄから補給通路６に吐出される。この圧縮空気は、エアドライヤ７によって乾燥された後、第１タンク５内に蓄えられる。そして、例えば第１タンク５内の圧力が一定の圧力に達するとコンプレッサ３を停止させる。これにより、第１タンク５内に充分な圧縮空気を充填することができる。
排気通路開閉弁１９及び戻り通路開閉弁１４が閉ポジション（ｂ）であるため、吸気フィルタ４を介して吸い込まれた外気は、効果的に吸込ポート３Ｃに進むことができる。また、給排切換弁１０が排出ポジション（ｂ）であるため、第１タンク５内の圧縮空気がエアサスペンション１，２に供給されることを防止できる。
本実施例によれば、コンプレッサ３の駆動源に付勢手段を備えるリニアモータ３Ｂを用いることで、圧縮室４２の圧力によらず、可動子３６の釣り合い位置からコンプレッサ３を容易に起動できる。このため、比較的小さな推力で起動可能であることから、小型で簡易な構成のコンプレッサ３を用いたエアサスペンションシステム１００を提供できる。なお、付勢手段をばねとする場合は、圧縮ばねでも引張ばねでも良い。
実施例２の構成は、下記の点を除き実施例１と同様にできる。
図１１は、本実施例のサスペンションシステム１００の回路図である。本実施例のサスペンションシステム１００には、戻り通路１３に、第２タンク７１が設けられている。本実施例では、車高を下げる又は急速に下げる場合に、図１０と同様に弁を制御することで、コンプレッサ３を駆動させずにエアサスペンション１，２の圧縮空気を第２タンク７１に蓄えるようにしてもよい。また、給排切換弁１０を排気ポジション（ｂ）、戻り通路開閉弁１４を閉ポジション（ｂ）、排気通路開閉弁１９を閉ポジション（ｂ）にした後、コンプレッサ３を起動させて、第２タンク７１内の空気をコンプレッサ３で圧縮すれば、圧縮空気を第１タンク５に貯留できる。その後、車高を上げる動作を行うことにより、第２タンク７１内の圧縮空気をエアサスペンション１，２に供給できる。
本実施例は第２タンク７１を有するため、吸込ポート３Ｃ側の圧力を大気圧超にし得るから、吸込ポート３Ｃ及び吐出ポート３Ｄの差圧を低減し得る。したがって、コンプレッサ３の起動をさらに容易にし得る。
なお、第２タンクの圧力を測定する圧力センサを設けて、例えば車高を下げる場合におけるコンプレッサ３の起動時や駆動時の駆動周波数の決定に、この圧力センサによる情報を用いても良い。
本実施例でも、実施例１と同様の効果を奏することができる。
実施例３の構成は、以下の点を除き実施例１と同様にできる。
図１２は、本実施例のサスペンションシステム１００の回路図である。本実施例のエアサスペンションシステム１００は、タンクを備えておらず、車高を上げる際には、大気から吸入された空気をコンプレッサ３で圧縮して圧縮空気を直接エア室１Ｃ，２Ｃに送り込み、車高を下げる際にはエア室１Ｃ，２Ｃの圧縮された空気を、直接大気に開放する開回路の構成である。具体的には、実施例１に比して、戻り通路１３は、バイパス通路１６には繋がっているが吸込み側通路２０には接続していない。
本実施例でも、実施例１と同様の効果を奏することができる。また、排気の際は空気がエアドライヤ７を通過するようにできるため、エアドライヤ７の再生を効果的に行うことができる。
実施例４の構成は、以下の点を除き実施例３と同様にできる。
図１３は、本実施例のサスペンションシステム１００の回路図である。排気通路１８は、第１の端部が給排切換弁１０に接続しており、第２の端部が外気に開放している。実施例３に比して、戻り通路１３及びバイパス通路１６は除去されている。具体的には、外気取り入れ口、第２のチェック弁１５、コンプレッサ３、エアドライヤ７、第１のチェック弁８及び給排切換弁１０が通路でこの順に接続しており、排気通路１８とは接続していない。また、排気通路１８には、一端が給排切換弁１０に、他端が外気に開放しており、排気通路開閉弁１９が設けられている。こうすると、短い通路長で排気を行うことができる。本実施例でも、実施例１と同様の効果を奏することができる。
実施例５の構成は、以下の点を除き実施例１乃至４何れかと同様にできる。
図１４は本実施例のコンプレッサ３のｙｚ平面による断面側面図である。コンプレッサ３は、付勢手段のばね４０として、可動子３６の上死点側に接続された上死点側ばね４０Ｃと下死点側に接続された下死点側ばね４０Ｅとを有する。本実施例によれば、複数の付勢手段を備えることで、圧縮室４２のエアばねと比較した際の付勢手段の影響を大きくでき、さらにコンプレッサ３の起動を容易にできる。あるいは、ばね４０それぞれを小型化できる。
上死点側ばね４０Ｃ及び下死点側ばね４０Ｅは、それぞれ圧縮ばねでも引張ばねでもよい。一方を圧縮ばね、他方を引張ばねにしてもよいし、両方を圧縮ばね又は引張ばねにしてもよい。
好ましくは、上死点側ばね４０Ｃ及び下死点側ばね４０Ｅの一方を、さらに好ましくは両方を圧縮ばねとして用いる。圧縮ばねは、圧縮状態から中立点に戻ろうとして可動子３６に自ら接触して可動子３６を押すことになるため、ばね４０を支持部５４等に強固に固定せずとも構成し得る。
本実施例でも、実施例１と同様の効果を奏することができる。
本実施例の構成は、下記の点を除き実施例１乃至５何れかと同様にできる。
図１５は本実施例のコンプレッサ３のｙｚ平面断面図、図１６は本実施例のコンプレッサ３の起動時から定常状態に亘るストローク指令値Ｌ（可動子３６又はピストン３４の往復動の振幅の指令値）、コイル３７への印加電圧の周波数指令値ω、及び印加電圧の振幅指令値Ｖ、に対する時間ｔの関係を示すグラフである。コンプレッサ３は、モータとしてリニアモータ３Ｂを採用しているため、ピストン３４の往復動の周波数のみならず、ストローク長を適宜設定できる。コンプレッサ３の駆動制御においては、公知のモータ制御の方法によって、Ｌ及びωの目標値を入力して、Ｖを演算することができる。演算されたＶを利用して、インバータ等からコイル３７に電圧を印加する。
可動子３６には付勢手段は設けられておらず、主に、ω及びＶで定まる印加電圧により流れるコイル３７の電流に応じて電機子５０が発する磁気力を受けて、可動子３６は往復動する。この往復動振幅は、ストローク指令値Ｌには必ずしも一致しない。ストローク指令値Ｌを基にして電圧指令値Ｖが演算されるが、実際の可動子３６のストローク量をストローク指令値Ｌに略一致させるには、電圧指令値Ｖの演算に際して圧縮室４２内の空気の圧縮及び膨張による仕事を考慮する必要がある。しかし、可動子３６に与える磁気力のみを考慮して圧縮室４２の影響を考慮しない方法等も採用し得るためである。但し、ここでは説明を簡便にするため、ストローク指令値Ｌが実際のピストン３４のストロークに一致すると仮定する。
また、可動子３６の往復動周波数は、ωと同一になろうと追随するが、ωが大き過ぎる値だと追随できない。これは、磁気力の方向が例えば＋ｚ方向から−ｚ方向に変わった場合、可動子３６は、＋ｚ方向への速さを減速した後、−ｚ方向に加速し始めることになるため、可動子３６の移動方向はすぐには切り替われないからである。この加減速に要する時間より短い時間で、磁気力の方向が切り替わると、可動子３６はほとんど運動できずに微小振動する。
以下に説明する通り、本実施例においてもエアサスペンションシステム１００におけるコンプレッサ３の起動を容易にすることができる。
コンプレッサ３の定常状態（単位時間あたりのコンプレッサ３の吐出量が略同一の状態でピストン３４が往復動する状態）のＬ，ω，ＶそれぞれをＬo，ωo，Ｖoとする。コンプレッサ３を起動する場合、入力するストローク指令値の初期値を、Ｌoより小さいＬ０として指令する。好ましくはさらに周波数指令値の初期値を、ωoより小さいω０として指令する。これにより演算される電圧指令値の初期値Ｖ０は、Ｖoより小さい値となる。すると、コイル３７に印加される電圧はＶoより小さい値となるから、ピストン３４は、Ｌoより小さいＬ０で往復動する。すなわち、比較的小さいストロークで圧縮工程及び吸入工程を交互に行うことができる。
上述したように本実施例のコンプレッサ３は、モータとしてリニアモータ３Ｂを用いているため、ストローク初期値Ｌ０を変更可能のため、小さい値に設定できる。これにより、起動直後に大きなストローク、例えばＬoに亘って圧縮工程を行うことを回避できるので、コンプレッサ３を容易に起動させることができる。このとき、周波数指令値ωも小さく設定しておくと、単位時間当たりのピストン３４の移動長さを小さくできる、すなわち単位時間当たりの摩擦力を小さい値に留めることができるため、より容易にコンプレッサ３を起動できて好ましい。
エアサスペンションシステム１００はその後、例えば定常状態に向けて、ストローク指令値Ｌ及び周波数指令値ωを必要に応じて大きくしていくことができる。すなわち、コンプレッサ３は、起動直後におけるピストン３４のストロークＬ０よりも大きなストロークでピストン３４が駆動する状態を有する。また、好ましくは、コンプレッサ３は、起動直後におけるピストン３４の周波数ω０よりも大きな周波数でピストン３４が駆動する状態を有する。実施例１等のように、付勢手段を備える場合は、ω０をピストン３４の共振周波数より小さい値に設定しても良い。すなわち、起動直後の周波数ωを共振周波数より小さくし、その後大きくして共振周波数にしても良い。
なお、本実施例ではリニアモータ３Ｂに与える電圧指令値Ｖを、起動時に小さくして徐々に大きくするようにしたが、ストローク指令値Ｌ０をＬoに設定しても良い。この場合、起動直後から電圧指令値はＶoとなるが、ピストン３４のストロークはＬoより小さい値になる。具体的には、空圧による力及び磁気力が概ね釣り合った点で速度が０になり、磁気力が反対向きになった後、反対方向に移動を始める。この方法でも、上記と同様にコンプレッサ３の起動を容易に行うことができる。但し、この場合は、コイル３７に過電流が流れることがあるため、電流リミッタを設けると好ましい。また、周波数指令値ω０は、脱調を避けるために低周波数から起動して漸増させることが好ましい。
ここで、比較例としてのクランク機構を用いるコンプレッサの場合、ストロークはクランク機構の偏心回転の直径で一義に定まる。ここでは、クランク機構を用いるコンプレッサのストロークをＬoと表す。下死点又は下死点近傍から起動しようとすると、起動地点から上死点までのストローク、およそＬoに亘る圧縮動作を起動直後から一度で行うことができなければ、コンプレッサの起動が成功しない。すなわち、およそＬoに亘って圧縮動作を継続する力をモータから与えねばならず、このストローク長ｌoは低減することができない。このため、例えば大電流を与えることが可能な大型のモータを設ける必要が生じる。
１，２…エアサスペンション
３…コンプレッサ
４…吸気フィルタ
５…第１タンク
５Ｂ…圧力センサ
６…補給通路
８…第１のチェック弁
９…給排通路
９Ａ，９Ｂ…分配給排通路
９Ｃ…合同給排通路
１０…給排切換弁
１１，１２…サスペンション制御弁
１３…戻り通路
１４…戻り通路開閉弁
１５…第２のチェック弁
１６…バイパス通路
１７…第３のチェック弁
１８…排気通路
１９…排気通路開閉弁
３３…シリンダ
３４…ピストン
３６…可動子
３７…コイル
３８…永久磁石
４０…ばね
４１…鉄心
４２…圧縮室
４３…磁極歯
４７…ロッド
５１…端部スペーサ
５４…支持部
５５…固定部
７１…第２タンク
１００…エアサスペンションシステム

Claims (5)

  1. 車体側と車輪側との間に介装され空気の給排に応じて車高調整を行う複数のエア室に、コンプレッサで圧縮した空気を供給するエアサスペンションシステムであって、
    前記コンプレッサの吐出ポート側に第１の端部が接続し、該吐出ポート側の圧縮空気を排気可能な排気通路と、
    該排気通路の空気の流通を遮断する閉ポジションと前記排気通路の空気を流通させる開ポジションとを実行可能な排気通路開閉弁と、
    を有し、
    前記コンプレッサは、
    ピストンに連結し、該ピストンの移動方向に延びる可動子と、
    該可動子を前記ピストンの移動方向に往復動させる電機子と、
    前記ピストンの上死点方向へ前記可動子を付勢する付勢手段と、
    を有し、
    前記付勢手段は、自然長を有するときに中立点の変位となり、前記ピストンの往復動に応じて前記ピストンが前記中立点から上死点側に位置するときは圧縮状態となり、前記ピストンが前記中立点から下死点側に位置するときは引張状態となるばね、または、前記電機子に対して上死点側及び下死点側のそれぞれに設けた２つのばねであり、該２つのばねの一方または両方が前記ピストンの往復動の間圧縮状態である圧縮ばねであり、
    前記排気通路開閉弁は、前記コンプレッサを停止させてから次回起動するまでの間、閉ポジションに設定されることを特徴とするエアサスペンションシステム。
  2. 車体側と車輪側との間に介装され空気の給排に応じて車高調整を行う複数のエア室に、コンプレッサで圧縮した空気を供給するエアサスペンションシステムであって、
    前記コンプレッサの吐出ポート側に第１の端部が接続し、該吐出ポート側の圧縮空気を排気可能な排気通路と、
    該排気通路の空気の流通を遮断する閉ポジションと前記排気通路の空気を流通させる開ポジションとを実行可能な排気通路開閉弁と、
    を有し、
    前記コンプレッサは、
    ピストンに連結し、該ピストンの移動方向に延びる可動子と、
    該可動子を前記ピストンの移動方向に往復動させる電機子と、
    前記ピストンの上死点方向へ前記可動子を付勢する付勢手段と、
    を有し、
    前記付勢手段は、自然長を有するときに中立点の変位となり、前記ピストンの往復動に応じて前記ピストンが前記中立点から上死点側に位置するときは圧縮状態となり、前記ピストンが前記中立点から下死点側に位置するときは引張状態となるばねであり、
    前記中立点は、前記ピストンが往復動のストローク中心に位置している場合より上死点側であり、
    前記排気通路開閉弁は、前記コンプレッサを停止させてから次回起動するまでの間、閉ポジションに設定されることを特徴とするエアサスペンションシステム。
  3. 車体側と車輪側との間に介装され空気の給排に応じて車高調整を行う複数のエア室と、
    空気を圧縮するコンプレッサと、
    該コンプレッサにより圧縮された空気を蓄えるタンクと、
    を有し、
    該タンクに前記コンプレッサで圧縮した空気を貯留し、前記タンク内の空気を前記エア室に供給するエアサスペンションシステムであって、
    前記コンプレッサの吐出ポート側に第１の端部が接続し、該吐出ポート側の圧縮空気を排気可能な排気通路と、
    該排気通路の空気の流通を遮断する閉ポジションと前記排気通路の空気を流通させる開ポジションとを実行可能な排気通路開閉弁と、
    を有し、
    前記コンプレッサは、
    ピストンに連結し、該ピストンの移動方向に延びる可動子と、
    該可動子を前記ピストンの移動方向に往復動させる電機子と、
    前記ピストンの上死点方向へ前記可動子を付勢する付勢手段と、
    を有し、
    前記付勢手段は、自然長を有するときに中立点の変位となり、前記ピストンの往復動に応じて前記ピストンが前記中立点から上死点側に位置するときは圧縮状態となり、前記ピストンが前記中立点から下死点側に位置するときは引張状態となるばねであり、
    前記中立点は、前記ピストンが往復動のストローク中心に位置している場合より上死点側であり、
    前記排気通路開閉弁は、前記コンプレッサを停止させてから次回起動するまでの間、閉ポジションに設定されることを特徴とするエアサスペンションシステム。
  4. 前記コンプレッサは、前記エア室の空気を排出する場合に、前記エア室内の空気を圧縮して前記タンクに供給する状態を有することを特徴とする請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
  5. 前記タンク内又は前記エア室内の空気の圧力情報を検知する圧力センサを備え、
    前記コンプレッサを起動させるときの駆動周波数を決定する際、前記圧力情報を利用することを特徴とする請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
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