KR102050182B1 - 에어 서스펜션 시스템 - Google Patents

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다까시 오가와
요스께 다나베
다까히로 스즈끼
간 고바야시
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요시노리 가와이
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Abstract

에어 서스펜션 시스템의 컴프레서(3)에 차압이 존재하는 조건 하에서의 기동을 용이하게 한다. 차체측과 차륜측 사이에 개재 장착되어 공기의 급배에 따라서 차고 조정을 행하는 복수의 에어실(1C, 2C)에, 컴프레서(3)에 의해 압축한 공기를 공급하는 에어 서스펜션 시스템으로서, 컴프레서(3)는 피스톤(34)에 연결되며, 피스톤(34)의 이동 방향으로 연장되는 가동자(36)와, 가동자(36)를 피스톤(34)의 이동 방향으로 왕복동시키는 전기자(50)를 갖는다.

Description

에어 서스펜션 시스템
본 발명은 에어 서스펜션 시스템에 관한 것이다.
특허문헌 1은 컴프레서에 의해 압축된 공기를 에어 서스펜션에 급배함으로써 차고 조정을 행하는 에어 서스펜션 시스템을 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제2012-159011호 공보
컴프레서는, 흡입 포트로부터 흡입한 공기를 압축하여 토출 포트에 보낸다. 토출 포트에 보내진 압축 공기는, 토출 포트로부터 에어실에 유입되어, 차고를 올릴 수 있다. 통상, 에어 서스펜션 시스템에서는, 차고 조정의 효율 등의 이유로부터 토출 포트측의 배관의 압력이 유지되도록 구성되기 때문에, 컴프레서가 기동하고 있지 않은 상태에서도 흡입 포트측의 압력보다 토출 포트측의 압력이 높은 상태(차압 상태)가 발생하기 쉽다. 여기서, 특허문헌 1의 에어 서스펜션 시스템에 있어서의 컴프레서에서는, 회전식 모터의 출력을 크랭크 기구에 의해 직선 운동으로 변환하고 있기 때문에, 피스톤의 하사점 또는 하사점 근방에서 구동이 정지한 경우, 컴프레서를 재기동시키려고 하면, 피스톤은 비교적 고압의 압축실 내의 에어를 더 압축해야만 운동할 수 있지만, 이 압축 동작에 들어가기 직전의 밸런스 웨이트를 포함하는 회전계의 각운동량이 작거나 또는 없기 때문에, 압축 동작을 완료하여 기동하기 위해서는 큰 구동력이 필요로 된다.
이와 같이, 큰 구동력이 요구되기 때문에 컴프레서의 기동이 곤란한 경우, 토출측 배관 내의 공기를 배출하거나 하여 차압을 작게 할 필요가 발생한다. 그러나, 토출측 공기를 배출하면, 다시 차고를 올리기 위해서는, 배출한 만큼의 공기를 컴프레서의 구동 초기에 압축해야만 하여, 컴프레서의 즉응성이 저하됨과 함께 사용 에너지양이 증가된다. 이 때문에, 토출측에 위치하는 에어실이나 토출 포트 내의 압력을 유지할 것이 요망된다.
본 발명은 에어 서스펜션 시스템에 있어서의 컴프레서의 차압이 존재하는 조건 하에서의 기동을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 사정을 감안하여 이루어진 본 발명은 차체측과 차륜측 사이에 개재 장착되어 공기의 급배에 따라서 차고 조정을 행하는 복수의 에어실에, 컴프레서에 의해 압축한 공기를 공급하는 에어 서스펜션 시스템으로서, 상기 컴프레서는, 피스톤에 연결되며, 해당 피스톤의 이동 방향으로 연장되는 가동자와, 해당 가동자를 상기 피스톤의 이동 방향으로 왕복동시키는 전기자를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 컴프레서의 차압이 존재하는 조건 하에서의 기동을 용이하게 하는 것이 가능한 에어 서스펜션 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 에어 서스펜션 시스템을 도시하는 회로도.
도 2는 실시예 1의 에어 서스펜션 시스템을 탑재한 차량의 개략도.
도 3은 실시예 1의 (a) 컴프레서의 yz 평면 단면도, (b) 도 3의 (a)의 A-A에 의한 컴프레서의 단면도이며, 전기자 및 가동자의 z 방향에서 본 도면.
도 4는 실시예 1의 가동자의 상면도.
도 5는 실시예 1의 시간에 대한 피스톤의 변위, 피스톤에 인가되는 공압에 의한 힘, 자기력 및 스프링력의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 실시예 1의 피스톤 z 방향 위치, 및 피스톤에 인가되는 스프링력, 공압에 의한 힘 및 자기력의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 실시예 1의 리니어 모터가 갖는 2개의 전기자 및 이들 사이에 설치한 자성 스페이서의 단면 사시도.
도 8은 도 6으로부터 자기력을 제거한 도면.
도 9는 실시예 1의 차고를 올릴 때의 밸브의 전환 상태를 도시하는 에어 서스펜션 시스템의 회로 구성도.
도 10은 실시예 1의 차고를 내릴 때의 밸브의 전환 상태를 도시하는 에어 서스펜션 시스템의 회로 구성도
도 11은 실시예 2의 에어 서스펜션 시스템의 회로 구성도.
도 12는 실시예 3의 에어 서스펜션 시스템의 회로 구성도.
도 13은 실시예 4의 에어 서스펜션 시스템의 회로 구성도.
도 14는 실시예 5의 컴프레서의 yz 평면 단면도.
도 15는 실시예 6의 컴프레서의 yz 평면 단면도.
도 16은 실시예 6의 컴프레서의 기동 시로부터 정상 상태에 걸치는 스트로크 명령값 L(가동자 또는 피스톤의 왕복동의 진폭의 명령값), 코일에의 인가 전압의 주파수 명령값 ω, 및 인가 전압의 진폭 명령값 V에 대한 시간 t의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부의 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 마찬가지의 구성 요소에는 마찬가지의 부호를 붙이고, 또한, 마찬가지의 설명은 반복하지 않는다. 본 발명은 각 실시예에 기재된 구체적 형태에 한정되지 않는다.
설명에 사용하는 x, y, z 방향은, 각각 서로 직교하는 방향으로 한다.
실시예 1
[에어 서스펜션 시스템(100)]
도 1은 실시예 1의 에어 서스펜션 시스템(100)을 도시하는 회로도, 도 2는 에어 서스펜션 시스템(100)을 탑재한 차량(200)의 개략도이다. 단, 도 2에 관한 에어 서스펜션 시스템(100)에 대해서는, 후술하는 분배점(9N) 및 이것으로부터 에어 서스펜션(1, 2)측의 구성 요소만을 도시하고 있다.
에어 서스펜션 시스템(100)은 2개의 에어 서스펜션(1, 2), 리니어 모터(3B)를 구동원으로 하는 컴프레서(3), 흡기 필터(4), 제1 탱크(5) 및 에어 드라이어(7), 그리고 밸브로서, 3개의 체크 밸브(8, 15, 17), 급배 전환 밸브(10), 2개의 서스펜션 제어 밸브(11, 12), 복귀 통로 개폐 밸브(14) 및 배기 통로 개폐 밸브(19)를 갖고 있다. 에어 서스펜션 시스템(100)은 공기가 유통 가능한 통로에 의해 이들을 접속하고 있다.
에어 서스펜션 시스템(100)은 예를 들어 차량(200)에 탑재되어, 에어 서스펜션(1, 2)의 에어실(1C, 2C) 내의 공기압의 제어를 행하는 시스템이다. 예를 들어 차량(200)의 좌측 차륜(210L) 및 우측 차륜(210R)에는, 이들의 허브 등끼리를 연결하는 차축(220)이 설치되어 있다. 예를 들어, 좌측 차륜(210L) 및 우측 차륜(210R) 각각과 차체(230) 사이나, 허브와 차체(230) 사이 등의, 차륜(210)측과 차체(230)측 사이에 에어 서스펜션(1, 2)을 설치하여, 에어실(1C, 2C) 내의 공기압을 제어함으로써, 차고의 조정을 행할 수 있다.
에어 서스펜션(1, 2)은, 도 2에 도시한 바와 같이 차륜(210)측의 차축(220)과 차량(200)의 차체(230) 사이에 설치되어도 되고, 또한, 차륜(210)과 차체(230)를 연결하는 서스펜션의 아암류(차륜(210)측)와 차체(230) 사이나, 차륜(210)의 허브(차륜(210)측)와 서스펜션의 어퍼 아암의 차체(230) 설치부 근방(차체(230)측) 사이에 설치해도 된다. 이와 같이, 에어 서스펜션(1, 2)은, 차륜(210)과 차체(230)를 지지하도록 설치되면 되고, 예를 들어 상하 방향에 대하여 차륜(210)과 차체(230) 사이에 설치할 수 있고, 직접, 차륜(210)이나 차체(230)에 설치하는 형태에 한정되지는 않는다.
본 실시예에서는, 에어 서스펜션을 2개 갖는 에어 서스펜션 시스템(100)에 대하여 설명하지만, 에어 서스펜션 시스템(100)이 포함하는 에어 서스펜션의 개수는 1개 이상이면 특별히 제한되지 않는다. 에어 서스펜션의 개수는, 예를 들어 차륜의 개수와 동일하게 할 수 있다. 예를 들어 4륜 자동차의 경우에는, 2개의 전륜측에 2개, 2개의 후륜측에 2개의, 합계 4개의 에어 서스펜션을 배설할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 완충용의 실린더(1A, 2A)와 에어 스프링으로 되는 에어실(1C, 2C)을 일체로 한 예를 나타냈지만, 대형차나 리어 서스펜션측에서 주지와 같이 완충용의 실린더(유압 완충기)(1A, 2A)와 에어 스프링을 독립적으로 설치해도 된다.
[에어 서스펜션(1, 2)]
에어 서스펜션(1, 2)에는, 완충용의 실린더(1A, 2A) 각각과 피스톤 로드(1B, 2B) 각각 사이에 에어실(1C, 2C)이 형성되어 있고, 에어 스프링을 구성하고 있다. 에어실(1C, 2C) 각각에는 후술하는 통로가 접속되어 있고, 에어 서스펜션 시스템(100)의 동작에 의해 압력 및 차고가 제어되고 있다.
[컴프레서(3)]
컴프레서는, 흡입 포트(3C)로부터 흡입한 공기를 압축하여 토출 포트(3D)로부터 토출할 수 있다. 그 밖의 상세는 후술한다.
[흡기 필터(4)]
흡기 필터(4)는 에어 서스펜션 시스템(100)이 필요에 따라서 외기(대기)를 도입할 수 있는 외기 도입구에 설치되어 있고, 에어 서스펜션 시스템(100)이 외기를 도입할 때, 외기 중의 분진 등을 제거할 수 있다.
[제1 탱크(5)]
제1 탱크(5)는 예를 들어 공기를 컴프레서(3)에 의해 압축하고, 그 압축 공기를 저류할 수 있다. 제1 탱크(5) 내의 압력은, 압력 센서(5B)에 의해 검지할 수 있다.
[에어 드라이어(7)]
에어 드라이어(7)는 내부에 실리카겔 등의 건조제를 보유 지지하고 있어, 에어 드라이어(7)를 통과하는 공기의 습도를 저하시킬 수 있다.
[에어 서스펜션 시스템(100)의 통로]
에어 서스펜션 시스템(100)은, 통로로서, 급배 통로(9), 보급 통로(6), 흡입측 통로(20), 복귀 통로(13), 바이패스 통로(16) 및 배기 통로(18)를 갖는다.
(급배 통로(9))
급배 통로[9(9A, 9B, 9C)]는 에어 서스펜션(1)에 제1 단부를, 에어 서스펜션(2)에 제2 단부를, 급배 전환 밸브(10)에 제3 단부를 갖는 통로이며, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)가 설치되어 있다.
급배 통로(9)는 분배 급배 통로(9A), 분배 급배 통로(9B) 및 합동 급배 통로(9C)를 갖고 있고, 이들 통로에 있어서의 각각의 일단은, 분배점(9N)에 있어서 서로 접속하고 있다. 분배 급배 통로(9A)는, 일단이 분배점(9N)에, 타단이 에어실(1C)에 접속되어 있다. 분배 급배 통로(9B)는, 일단이 분배점(9N)에, 타단이 에어실(2C)에 접속되어 있다. 합동 급배 통로(9C)는, 일단이 분배점(9N)에, 타단이 급배 전환 밸브(10)에 접속되어 있다.
(보급 통로(6))
보급 통로(6)는 급배 전환 밸브(10)에 제1 단부를, 컴프레서(3)의 토출 포트(3D)에 제2 단부를 갖는 통로이며, 제1 탱크(5), 에어 드라이어(7) 및 제1 체크 밸브(8)가 설치되어 있다.
보급 통로(6)에는, 에어 드라이어(7)에 대하여 토출 포트(3D)와는 반대측에, 바이패스 종점(16B)이 위치하고 있다. 바이패스 종점(16B)에는, 후술하는 바이패스 통로(16)의 제2 단부가 접속되어 있다.
보급 통로(6)에는, 에어 드라이어(7)에 대하여 토출 포트(3D)와 동일한 측에, 배기 시점(18A)이 위치하고 있다. 배기 시점(18A)에는, 후술하는 배기 통로(18)의 제1 단부가 접속되어 있다.
제1 탱크(5)는 보급 통로(6)의 제1 단부와 제1 체크 밸브(8) 사이에 위치하고 있다.
에어 드라이어(7)는 바이패스 종점(16B)과 배기 시점(18A) 사이에 위치하고 있다. 후술하는 바와 같이, 에어 서스펜션 시스템(100)은 컴프레서(3)를 바이패스시켜, 에어실(1C, 2C) 내의 공기를 대기 중에 방출하는 배기를 행할 수 있다. 이때, 바이패스 통로(16) 및 배기 통로(18)를 통해 공기가 유통되기 때문에, 에어실(1C, 2C)의 건조 공기가 흘러, 에어 드라이어(7)의 건조제의 수분을 제거할 수 있다.
제1 체크 밸브(8)는 바이패스 종점(16B)과 제1 탱크(5) 사이에 위치하고 있다. 제1 체크 밸브(8)는 보급 통로의 제2 단부측으로부터 제1 단부측으로 공기가 흐르는 것을 가능하게 하고, 그 역의 흐름을 차단한다. 이에 의해, 제1 탱크(5) 내의 공기가, 컴프레서(3)나 배기 통로(18)에 흐르는 것을 방지할 수 있다.
(흡입측 통로(20))
흡입측 통로(20)는 흡입 포트(3C)에 제1 단부를, 외기 도입구에 제2 단부를 갖는 통로이며, 제2 체크 밸브(15)가 설치되어 있다.
흡입측 통로(20)의 흡입 포트(3C)와 제2 체크 밸브(15) 사이에는, 복귀 종점(13B)이 위치하고 있다. 복귀 종점(13B)에는, 후술하는 복귀 통로(13)의 제2 단부가 접속되어 있다.
제2 체크 밸브(15)와 외기 도입구 사이에는, 배기 종점(18B)이 위치하고 있다. 배기 종점(18B)에는, 후술하는 배기 통로(18)의 제2 단부가 접속되어 있다.
제2 체크 밸브(15)는 복귀 종점(13B)과 배기 종점(18B) 사이에 위치하고 있다. 제2 체크 밸브(15)는 흡입측 통로(20)의 제2 단부측으로부터 제1 단부측으로 공기가 유통하는 것을 가능하게 하고, 그 역을 차단한다. 상세는 후술하지만, 이에 의해, 복귀 통로(13) 및 복귀 통로 개폐 밸브(14)를 통과한 에어실(1C, 2C) 내의 공기가 외기 도입구로부터 배기되는 것을 방지하고, 흡입 포트(3C)로 유도할 수 있다.
(복귀 통로(13))
복귀 통로(13)는 급배 전환 밸브(10)에 제1 단부를, 복귀 종점(13B)에 제2 단부를 갖는 통로이며, 복귀 통로 개폐 밸브(14)가 배치되어 있다.
복귀 통로(13)에는, 급배 전환 밸브(10)와 복귀 통로 개폐 밸브(14) 사이에 바이패스 시점(16A)이 위치하고 있다. 바이패스 시점(16A)에는, 후술하는 바이패스 통로(16)의 제1 단부가 접속되어 있다.
(바이패스 통로(16))
바이패스 통로(16)는 바이패스 시점(16A)에 제1 단부를, 바이패스 종점(16B)에 제2 단부를 갖는 통로이며, 제3 체크 밸브(17)가 배치되어 있다.
제3 체크 밸브(17)는 바이패스 통로(16)의 제1 단부측으로부터 제2 단부측으로의 공기의 유통을 가능하게 하고, 그 역을 차단한다. 이에 의해, 토출 포트(3D)로부터 토출된 공기를 제1 탱크(5)로 효과적으로 유도할 수 있다.
(배기 통로(18))
배기 통로(18)는 배기 시점(18A)에 제1 단부를, 배기 종점(18B)에 제2 단부를 갖는 통로이며, 배기 통로 개폐 밸브(19)가 배치되어 있다.
배기 통로(18)는 제2 단부를 배기 종점(18B)에 접속시키지 않고, 외기 도입구 이외의 장소로부터 공기를 배기하는 형태로 되어도 되지만, 본 실시예와 같이 배기 종점(18B)이 외기 도입구와 제2 체크 밸브(15) 사이에 설치되어 있으면, 복귀 통로(13), 바이패스 통로(16) 및 배기 통로(18)를 통해 배기되는 공기에 의해, 흡기 필터(4)에 부착된 진애를 제거할 수 있다.
[에어 서스펜션 시스템(100)의 각종 밸브]
상술한 바와 같이, 에어 서스펜션 시스템(100)은 체크 밸브(8, 15, 17)에 더하여, 급배 전환 밸브(10), 2개의 서스펜션 제어 밸브(11, 12), 복귀 통로 개폐 밸브(14) 및 배기 통로 개폐 밸브(19)를 갖고 있다.
(급배 전환 밸브(10))
급배 전환 밸브(10)는 3개의 통로에 접속하고, 이들의 접속 관계를 2종류로 전환 가능한 3포트 2포지션의 전자 밸브이다.
급배 전환 밸브(10)는 보급 통로(6)의 제1 단부, 복귀 통로(13)의 제1 단부 및 급배 통로(9)의 제3 단부에 접속하고 있다.
급배 전환 밸브(10)는 2개의 포지션으로서, 보급 통로(6)의 제1 단부와 급배 통로(9)의 제3 단부를 접속시킴과 함께, 복귀 통로(13)의 제1 단부와 급배 통로(9)의 제3 단부의 접속을 차단하는 공급 포지션(a)과, 복귀 통로(13)의 제1 단부와 급배 통로(9)의 제3 단부를 접속시킴과 함께, 보급 통로(6)의 제1 단부와 급배 통로(9)의 제3 단부의 접속을 차단하는 배출 포지션(b)을 갖고 있다. 포지션의 전환은, 예를 들어 솔레노이드(10A)의 여자 상태를 전환함으로써 행할 수 있다. 본 실시예에서는, 솔레노이드(10A)가 여자되어 있지 않을 때에는, 스프링(10B)에 의해 급배 전환 밸브(10)는 배출 포지션(b)을 유지하고, 솔레노이드(10A)가 여자되었을 때에는, 스프링(10B)에 저항하여 공급 포지션(a)으로 전환된다.
(서스펜션 제어 밸브(11))
서스펜션 제어 밸브(11)는 분배점(9N)과 에어 서스펜션(1) 사이에 설치되어 있고, 서스펜션 제어 밸브(12)는 분배점(9N)과 에어 서스펜션(2) 사이에 설치되어 있다.
서스펜션 제어 밸브(11)는 2개의 통로에 접속하고, 이들의 접속 관계를 2종류로 전환 가능한 2포트 2포지션의 전자 밸브이다.
서스펜션 제어 밸브(11)는 2개의 포지션으로서, 분배 급배 통로(9A)를 개방하여 에어실(1C)의 공기의 급배를 가능하게 하는 개방 포지션(a)과, 분배 급배 통로(9A)를 폐쇄하여 에어실(1C)의 공기의 급배를 차단하는 폐쇄 포지션(b)을 갖고 있다. 포지션의 전환은, 예를 들어 솔레노이드(11A)의 여자 상태를 전환함으로써 행할 수 있다. 본 실시예에서는, 솔레노이드(11A)가 여자되어 있지 않을 때에는, 스프링(11B)에 의해 서스펜션 제어 밸브(11)는 폐쇄 포지션(b)을 유지하고, 솔레노이드(11A)가 여자되었을 때에는, 스프링(11B)에 저항하여 개방 포지션(a)으로 전환된다.
(서스펜션 제어 밸브(12))
서스펜션 제어 밸브(12)는 서스펜션 제어 밸브(11)와 마찬가지로 2포트 2포지션의 전자 밸브이며, 분배 급배 통로(9B)에 대하여 서스펜션 제어 밸브(11)와 마찬가지의 개폐 제어를 행할 수 있다. 이들 2개의 서스펜션 제어 밸브(11, 12)의 제어는 동시에 행해도 되고, 독립하여 제어해도 된다. 이 때문에, 서스펜션 제어 밸브(12)는 솔레노이드(12A) 및 스프링(12B)을 구비한다.
(복귀 통로 개폐 밸브(14))
복귀 통로 개폐 밸브(14)는 서스펜션 제어 밸브(11, 12)와 마찬가지로 2포트 2포지션의 전자 밸브이며, 복귀 통로(13)의 바이패스 시점(16A)과 복귀 종점(13B) 사이에 대하여 서스펜션 제어 밸브(11, 12)와 마찬가지의 개폐 제어를 행할 수 있다. 이 때문에, 복귀 통로 개폐 밸브(14)는 솔레노이드(14A) 및 스프링(14B)을 구비한다.
(배기 통로 개폐 밸브(19))
배기 통로 개폐 밸브(19)는 서스펜션 제어 밸브(11, 12) 및 복귀 통로 개폐 밸브(14)와 마찬가지로 2포트 2포지션의 전자 밸브이며, 배기 통로(18)의 배기 시점(18A)과 배기 종점(18B) 사이에 대하여 서스펜션 제어 밸브(11, 12) 및 복귀 통로 개폐 밸브(14)와 마찬가지의 개폐 제어를 행할 수 있다. 이 때문에, 배기 통로 개폐 밸브(19)는 솔레노이드(19A) 및 스프링(19B)을 구비한다.
(밸브의 그 밖의 설치 형태)
또한, 이하와 같이 구성을 변경하여, 급배 통로(9)에 설치한 서스펜션 제어 밸브(11, 12) 대신에, 에어 서스펜션의 개수와 동수의 급배 전환 밸브(10), 즉, 3포트 2포지션의 밸브를 사용하도록 해도 된다. 구체적으로는, 보급 통로(6)의 제1 단부를 에어 서스펜션의 개수와 동수로(본 실시예에서는 2개로) 분기시켜, 각 급배 전환 밸브(10)에 접속한다. 또한, 복귀 통로(13)의 제1 단부도 에어 서스펜션의 개수와 동수로 분기시켜, 각 급배 전환 밸브(10)에 접속한다. 또한, 각 분배 급배 통로(본 실시예에서는 2개)의 일단 각각을, 분배점(9N) 대신에 각 급배 전환 밸브(10)에 접속한다.
상기와 같이 구성을 변경한 경우, 에어 서스펜션 중 어느 하나 또는 2개 이상에 급기 중에 에어 서스펜션의 그 밖의 것을 배기하는 것도 가능해진다.
또한, 간이적인 시스템 구성이면, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)를 폐지하고, 분배 급배 통로(9B)에 스로틀을 설치해도 된다.
[리니어 모터(3B)를 이용한 컴프레서(3)]
도 3의 (a)는 컴프레서(3)의 yz 평면에 의한 단면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A선에 의한 컴프레서(3)의 단면도이며, 전기자(50) 및 가동자(38)의 z 방향에서 본 도면이다.
컴프레서(3)는 컴프레서 본체(3A) 및 리니어 모터(3B)를 포함한다.
(컴프레서 본체(3A))
컴프레서 본체(3A)는, 실린더(33), 실린더(33) 내를 미끄럼 이동 가능하게 배치된 피스톤(34), 실린더(33) 내부와 피스톤(34)에 의해 형성되는 압축실(42), 및, 피스톤(34)에 일단이, 접속부(35)에 타단이 접속된 로드(47)를 갖는다. 접속부(35)는 로드(47)와 리니어 모터(3B)의 가동자(36)를 접속하고 있다. 접속부(35) 및 로드(47)를 개재하여 가동자(36)의 왕복 동력이 피스톤(34)에 전달된다.
실린더(33)는 피스톤(34)의 측면 둘레 형상(z 방향에서 본 형상)에 맞춘 대략 원통 형상의 측벽을 구비하고 있다. 측벽의 z 방향 일방측에는 피스톤(34)이 삽입된 개구가 형성되어 있고, 타방측에는 배기 밸브(31) 및 흡기 밸브(32)가 형성된 내측 벽이 형성되어 있다. 측벽, 피스톤(34) 및 내측 벽으로 둘러싸인 공간으로서 압축실(42)이 형성되어 있다. 압축실(42) 및 토출 포트(3D)는, 배기 밸브(31)를 통해 접속하고 있다. 압축실(42) 및 흡입 포트(3C)는, 흡기 밸브(32)를 통해 접속하고 있다. 배기 밸브(31)로서는, 압축실(42)로부터 토출 포트(3D)측으로의 흐름만을 허용하고, 압축실(42) 내의 압력이 소정값 이상인 경우에 개방되는 밸브 등을 채용할 수 있다. 흡기 밸브(32)로서는, 흡입 포트(3C)로부터 압축실(42)로의 흐름만을 허용하고, 압축실(42) 내의 압력이 다른 소정값 이하인 경우에 개방되는 밸브 등을 채용할 수 있다. 또한, 밸브의 개폐 타이밍을 제어 가능한 전자 밸브로 흡기 밸브(32)나 배기 밸브(31)를 구성해도 된다.
피스톤(34)은 가동자(36)의 왕복 동력을 받아 왕복동한다. 피스톤(34)의 왕복동 방향을 z 방향이라 하고, 특히 피스톤(34)의 하사점측을 +z 방향, 상사점측을 -z 방향이라 한다. 가동자(36)의 -z 방향의 단부에는, 피스톤(34)이 로드(47) 및 접속부(35)를 개재하여 접속되어 있고, 가동자(36)의 z 방향의 왕복동에 의해 피스톤(34)이 운동하여, 압축실(42)의 공기의 흡입, 압축 및 배출 동작이 가능해진다.
압축실(42) 내부의 공기는, 피스톤(34)의 운동에 따라서 압축 또는 팽창하기 때문에, 압축실(42) 내의 압력(공압)이 변동된다. 공압은 피스톤(34)에 대하여 하사점을 향하는 힘을 제공하는 탄성체(에어 스프링)로서 기능한다.
(리니어 모터(3B))
리니어 모터(3B)는, 가동자(36)에 왕복 동력을 부여하는 기구이며, 이하 상세하게 설명하는 바와 같이, 컴프레서(3)의 기동을 용이하게 할 수 있다. 리니어 모터(3B)는, 철심(41) 및 철심(41)에 감기는 코일(37)을 갖는 전기자(50), 단부 스페이서(51), 자성 스페이서(52), 비자성 스페이서(53), 영구 자석(38)을 배치한 가동자(36), 및 부세 수단의 일례인 탄성체로서, 스프링(40)을 갖는다.
<전기자(50)>
전기자(50)의 철심(41)은 자성체를 포함하여 형성되어 있고, 자극치(43)로서의 제1 자극치(43A) 및 제2 자극치(43B), 그리고 2개의 자극치(43)를 연결하는 아암부(39)를 갖는다.
제1 자극치(43A) 및 제2 자극치(43B)는, 가동자(36)가 배치된 공극을 사이에 두고 대향하고 있다. 제1 자극치(43A) 및 제2 자극치(43B)의 대향 방향을 y 방향이라 한다. 또한, 제1 자극치(43A) 및 제2 자극치(43B)는, 2개의 아암부(39)에 의해 접속되어 있다. 2개의 아암부(39)는 각각 y 방향으로 연장됨과 함께, 가동자(36)를 개재하여 대향하고 있다. 아암부(39)의 대향 방향을 x 방향이라 한다.
철심(41)은 본 실시예와 같이 제1 자극치(43A), 제2 자극치(43B) 및 아암부(39)가 일체 형성된 것이어도 되고, 예를 들어 아암부(39)의 도중에 별체 구성으로 된 것이어도 된다. 예를 들어, 철심(41)은 제1 자극치(43A) 및 2개의 아암부(39)의 y 방향 치수의 대략 절반을 갖는 파츠와, 제2 자극치(43B) 및 2개의 아암부(39)의 y 방향 치수의 대략 절반을 갖는 파츠로 분할 가능한 것이어도 된다.
전기자(50)의 코일(37)은 제1 자극치(43A)와 제2 자극치(43B) 중 한쪽 또는 양쪽에 권회되어 있다. 코일(37)에는, 예를 들어 정현파 또는 구형파 형상의 교류 전류가 흐르게 된다. 이에 의해 코일(37)로부터 자속을 발생시켜, 후술하는 바와 같이, 가동자(36)에 배치한 영구 자석(38)과의 사이에서 자기력을 발생시켜, 가동자(36)에 z 방향의 왕복 동력을 부여할 수 있다. 또한, 제1 자극치(43A)와 제2 자극치(43B)의 양쪽에 코일(37)이 권회되어 있는 경우에는, 이들 코일(37)에는 동상의 전류가 흐르게 된다.
전기자(50)는 z 방향으로 1개 또는 2개 이상이 배열된다(본 실시예에서는 2개이다). 전기자(50)끼리의 사이에는, 자성체로 형성된 자성 스페이서(52) 또는 비자성체로 형성된 비자성 스페이서(53)를 설치할 수 있지만, 후술하는 바와 같이 자속의 고밀도화의 관점에서는, 자성 스페이서(52)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전기자(50)와 컴프레서 본체(3A) 사이나, 전기자(50)와 후술하는 고정부(55) 사이 등, 가장 +z 방향측에 위치하는 전기자(50)의 +z 방향이나, 가장 -z 방향측에 위치하는 전기자(50)의 -z 방향으로는, 예를 들어 비자성체로 형성된 단부 스페이서(51) 또는 비자성 스페이서(53)를 설치할 수 있다.
<스페이서>
단부 스페이서(51), 자성 스페이서(52) 및 비자성 스페이서(53)는 각각 어느 정도의 z 방향 치수를 갖고 있어, 전기자(50)끼리, 또는 전기자(50)와 그 다른 부재의 z 방향 거리를 조절할 수 있는 부재이다. 단부 스페이서(51)는 접속부(35)의 x 방향 및 y 방향 주위의 대략 전부를 둘러싸는 형상으로 되어 있어, 접속부(35)를 주위로부터 보호하고 있다. 단부 스페이서(51) 및 비자성 스페이서(53) 각각은, 전기자(50)에서 발생하는 자속이 누설되어 컴프레서 본체(3A)나 스프링(40)에 전파되는 것을 억제하고 있다. 이에 의해, 전기자(50)에서 발생하는 자속을 이용하여 가동자(36)에 효과적으로 자기력을 부여할 수 있도록 하고 있다. 전기자(50), 단부 스페이서(51), 자성 스페이서(52), 비자성 스페이서(53) 및 고정부(55)는 서로 고정되어 있다. 이것은, 예를 들어 z 방향으로 이들 부재를 관통하는 볼트 등의 삽입 관통 부재에 의해 행할 수 있다.
<가동자(36)>
도 4는 가동자(36)의 상면도이다. 가동자(36)는 x 방향으로 폭을 갖고, z 방향이 긴 변 방향인 평판 형상의 판부(36A), 및 판부(36A)에 배치된 1개 또는 2개 이상의 영구 자석(38)을 갖고 있다. 판부(36A), 영구 자석(38) 모두, y 방향을 법선 벡터로 하는 평판 형상이다. 영구 자석(38)은 y 방향으로 자화되어 있다. 복수의 영구 자석(38)을 배치하는 경우에는, z 방향으로 배열되는 영구 자석(38)은 자화 방향이 교대로 반전되면서 배열되어도 된다.
도 3에 예시한 바와 같이, 가동자(36)는 제1 자극치(43A)와 제2 자극치(43B) 사이에 배치되어 있다. 즉, 가동자(36)의 y 방향 일방측에는 제1 자극치(43A)가, 타방측에는 제2 자극치(43B)가 위치하고 있다. 또한, 가동자(36)의 x 방향 양측에는 각각 아암부(39)가 위치하고 있다.
가동자(36)는 제1 자극치(43A)와 제2 자극치(43B) 사이에 각각 간극(44A, 44B)을 두고 있으며, 아암부(39)와의 사이에도 마찬가지로 간극을 두고 있다.
간극(44A, 44B)은, 예를 들어 가동자(36)를 안내하는 리니어 가이드(도시하지 않음)의 설치 위치를 조정하는 것 등에 의해 확보할 수 있다. 리니어 가이드는, 예를 들어 구름 베어링을 갖는 부재로 하는 것이나, 가동자(36)의 y 방향 일방측 또는 양측에 설치되는 부재로 할 수 있다. 간극(44A, 44B)을 확보함으로써, 가동자(36)에 발생하는 마찰을 억제하여, 왕복 동력의 감쇠를 억제할 수 있다.
가동자(36)의 일단에는 상술한 접속부(35)가, 타단에는 후술하는 지지부(54)가 고정되어 있다.
<스프링(40)>
스프링(40)은 중립점(자연 길이일 때의 스프링(40)의 변위)으로부터의 변위에 따른 z 방향의 힘을 가동자(36)에 대하여 부여한다. 스프링(40)은 일단이 가동자(36)의 타단에 설치된 지지부(54)에, 타단이 고정부(55)에 고정되어 있다.
지지부(54)는 가동자(36)의 타단에 고정되어 있고, z 방향에 대하여, 전기자(50)에 대하여 컴프레서 본체(3A)의 반대측에 위치하고 있다. 고정부(55)는, 예를 들어 직접 또는 간접적으로 차량(200)에 고정되어 있고, 지지부(54)보다 -z측에 위치하고 있다. 고정부(55)는 비자성 스페이서(53)를 개재하여 전기자(50)에 고정되어 있고, 전기자(50)는 컴프레서(3)의 하우징(도시하지 않음)에 설치되어 실질적으로 차량(200)에 대하여 정지하고 있다. 전기자(50)는 방진 고무 등을 개재하여 하우징에 설치되어도 된다.
전기자(50)에 대하여 상대적으로 이동하는 지지부(54)가 고정부(55)보다 +z측에 위치하기 때문에, 스프링(40)이 중립점보다도 +z측으로 변위되어 있으면 스프링(40)은 인장 상태로 되고, -z측으로 변위되어 있으면 압축 상태로 된다. 또한, 본 실시예의 스프링(40)은 중립점보다도 +z측으로 변위되어 있으면 -z 방향으로의, -z측으로 변위되어 있으면 +z 방향으로의 스프링력이 발생하여, 가동자(36)에 작용한다. 중립점은, 피스톤(34)의 변위가 상사점일 때의 스프링(40)의 변위 및 하사점일 때의 스프링(40)의 변위 사이로 되도록 구성할 수 있다. 또한, 예를 들어 피스톤(34)의 변위가 스트로크 중심(상사점 및 하사점의 중점)일 때의 스프링(40)의 변위가 중립점에 대략 일치하게 설정해도 되고, 후술하는 바와 같이, 그것보다 상사점측에 설정해도 된다.
이하, 기재를 간결하게 하기 위해, 피스톤(34)의 변위에 의해 스프링(40)의 변위도 언급하는 경우가 있다. 예를 들어, 스프링(40)의 변위에 관하여 설명하고 있는 문맥이 있어서, 「상사점」, 「하사점」, 또는 「스트로크 중심」인 단어에 의해, 「피스톤(34)이 상사점, 하사점, 또는 스트로크 중심에 위치할 때의 스프링(40)의 변위」를 의미하는 경우가 있다.
<구동 중의 공압에 의한 힘, 자기력 및 스프링력의 작용>
도 5는 시각 t에 대한 피스톤(34)의 변위, 피스톤(34)에 인가되는 공압에 의한 힘, 자기력 및 스프링력의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5의 (a)의 그래프는, 종축을 피스톤(34)의 변위, 횡축을 시간으로 하는 그래프이며, 도 5의 (b)의 그래프는, 종축을 힘으로 하고, 횡축을 시간으로 하는 그래프이다. 피스톤(34)에는, 상술한 바와 같이, 압축실(42)의 공압에 의한 힘, 전기자(50) 및 영구 자석(38)에 의한 자기력(전자력), 및 부세 수단에 의한 힘(본 실시예에서는 스프링력)이 작용한다.
도 5를 참조하면서, 압축실(42)이 가장 팽창한 상태(피스톤(34)이 하사점에 있는 상태)를 t=0으로 하여, t=0으로부터의 피스톤(34)의 운동(압축 동작 공정)을 설명한다. 시각의 진행 방식은, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에서 동일하다. 또한, z=0으로 되는 점은 피스톤(34)의 스트로크 중심이며, z<0의 범위에 속하는 점은 상사점측이고, z>0의 범위에 속하는 점은 하사점측이다. 설명을 간편하게 하기 위해, 여기에서는, 스트로크 중심이 스프링(40)의 중립점에 일치하는 것으로서 설명한다. 또한, 컴프레서(3)는 크랭크 기구가 아니라 리니어 모터(3B)에 의해 왕복동을 행하기 때문에, 하사점이나 상사점의 위치는 반드시 일정하지는 않지만, 피스톤(34)의 왕복동이 안정되어 상사점 및 하사점이 대략 일정하게 되어 있는 경우에 대하여 설명한다. 컴프레서(3)의 기동 시 등, 스트로크 길이가 변동되고 있는 동안은, 피스톤(34)의 각 +z 방향 이동이나 -z 방향 이동에 있어서, 속도가 0으로 된 시각의 위치를 하사점 및 상사점이라 생각할 수 있다. 그리고, 본 실시예의 컴프레서(3)는 하사점이 스프링(40)의 중립점보다 +z 방향에 위치하고, 상사점이 스프링(40)의 중립점보다 -z 방향에 위치하도록, 전기자(50)가 가동자(36)에 부여하는 자기력을 제어한다.
<<하사점에 있을 때>>
피스톤(34)이 하사점에 있을 때는, 스프링(40)이 중립점보다 하사점측으로 변위되어 있기(인장되어 있기) 때문에, 피스톤(34)은 스프링(40)으로부터 상사점을 향하는 힘을 크게 받는다. 피스톤(34)은 하사점보다 -z측으로는 변위되지 않기 때문에, 상사점을 향하는 스프링력의 크기는 최대로 된다.
이때의 공압에 의한 힘은, 압축실(42)의 용적이 가장 큰 상태이기 때문에, 최솟값으로 된다. 또한, 자기력에 대해서는 특별히 제한되지는 않지만, 스프링(40)에 의한 힘이 크기 때문에, 도 5의 (b)에 예시한 바와 같이, 비교적 작은 힘, 바람직하게는 대략 0으로 되도록 공지의 동기식 모터의 제어 방법을 적용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서, 이와 같은 자기력을 실현하는 방법에 대해서는 후술한다.
이상으로부터, 하사점에 있어서의 피스톤(34)은 주로 스프링(40)에 의해 상사점을 향하는 힘을 받는다.
<<하사점측에 있을 때>>
하사점으로부터 상사점측을 향하여 피스톤(34)이 이동함에 따라, 스프링(40)은 인장 상태로부터 자연 길이 상태를 향하여 변위되기 때문에, 스프링력은 작아진다. 또한, 이때의 공압에 의한 힘은, 압축실(42) 내의 공기가 압축됨에 따라서 커진다. 또한, 자기력에 대해서는, 상사점 방향의 힘이 커지도록 공지의 동기식 모터의 제어 방법을 적용하는 것이 바람직하다.
이상으로부터, 하사점측에 있는 피스톤(34)은 스프링(40) 및 자기력에 의해 상사점을 향하는 힘을 받는다.
<<스트로크 중심에 있을 때>>
또한 상사점측으로 피스톤(34)이 이동하여 스트로크 중심에 도달한 경우에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 스트로크 중심과 중립점이 일치하는 것으로서 설명하지만, 후술하는 바와 같이, 중립점은 반드시 스트로크 중심에 일치할 필요는 없고, 스트로크 중심보다도 상사점측에 설정해 둘 수 있다.
피스톤(34)이 스트로크 중심에 있을 때, 가동자(36)의 속도는 가장 높아짐과 함께 스프링(40)의 변위는 자연 길이 상태로 되어, 스프링력은 최소로 된다. 또한, 공압에 의한 힘은 점증되어 간다. 자기력에 대해서는, 상사점 방향의 힘이 최대로 되도록 공지의 동기식 모터의 제어 방법을 적용하는 것이 바람직하다.
<<상사점측에 있을 때>>
피스톤(34)이 변위 0을 초과하여 스트로크 중심보다 상사점측에 피스톤(34)이 도달하면, 스프링(40)은 압축 상태로 되어 스프링력의 방향은 하사점 방향으로 전환된다. 또한, 공압에 의한 힘은 점증되어 간다. 또한, 자기력에 대해서는, 예를 들어 가동자의 변위에 대하여 90° 지연시킬 수 있다. 본 실시예에서는 후술하는 바와 같이, 상사점 방향의 힘이 점감되어 점차로 하사점 방향의 힘으로 전환되도록 구성되어 있다.
이상으로부터, 상사점측에 있는 피스톤(34)은 스프링(40)에 에너지를 축적하기 시작하여 감속되어 간다.
<<상사점 근방에 있을 때>>
피스톤(34)이 상사점 근방에 도달하면, 스프링(40)에 의한 하사점 방향으로의 힘이 점증되어 간다. 또한, 압축실(42)의 용적의 감소 비율의 속도가 증가되기 때문에, 압축실(42)의 압력의 증가 속도가 커져, 공압에 의한 힘은 급증한다. 압축실(42)의 압력 증가를 트리거로 하여 배기 밸브(31)가 개방되어, 압축실(42) 내의 공기가 배기되어 가기 때문에, 공압에 의한 하사점으로의 힘이 대략 일정해져 피크를 맞이한다. 상사점측으로의 자기력은 0에 가까워지고, 반전되어 하사점측으로 전환된다.
<<상사점에 있을 때>>
피스톤(34)의 속도가 0으로 되면, 피스톤(34)이 상사점에 도달하게 된다. 이때, 스프링(40)이 피스톤(34)의 에너지를 다 축적하여 가장 압축된다. 하사점 방향으로의 스프링력 및 공압에 의한 하사점 방향으로의 힘이 상사점 방향으로의 힘을 상회하여, 피스톤(34)은 하사점측으로의 속도로 운동하는 팽창 동작 공정으로 전환된다. 상술한 바와 같이, 컴프레서(3)는 리니어 모터(3B)에 의해 왕복 동력을 받기 때문에, 상사점 위치는 반드시 일정하지는 않다.
<<팽창 동작 공정으로 전환된 후>>
배기 밸브(31)를 통한 배기에 의한 압력 저하, 압축실(42)의 체적 증가에 의한 압력 저하가 발생하기 때문에, 공압에 의한 하사점 방향으로의 힘은 급감한다. 또한, 스프링(40)이 중립점에 가까워지기 때문에, 스프링(40)에 의한 하사점 방향의 힘도 서서히 작아진다. 또한, 자기력은 하사점 방향의 힘이 점증되도록 구성하면 바람직하다.
피스톤(34)이 하사점 방향으로 이동하여 스트로크 중심에 도달하면, 스프링력은 0으로 된다. 공압에 의한 힘도 감소된다. 자기력에 대해서는, 하사점 방향의 힘이 최대로 되도록 구성하면 바람직하다.
피스톤(34)이 스트로크 중심보다 하사점측에 도달하면, 스프링력은 상사점측으로 전환되고, 공압에 의한 힘은 더 감소된다. 자기력에 대해서는, 하사점 방향의 힘이 점감되도록 구성하면 바람직하다.
상사점 방향으로의 스프링력 및 공압에 의한 힘이 하사점 방향으로의 힘을 상회하여, 피스톤(34)의 속도가 0으로 되면, 피스톤(34)은 하사점에 도달하게 된다. 즉, 압축실(42)의 용적이 가장 커진 상태로 된다. 이후, 이 주기적인 동작을 반복할 수 있다.
<변위와 각 힘의 관계>
도 6은 피스톤(34)의 변위에 대한, 피스톤(34)에 인가되는 스프링력, 공압에 의한 힘 및 자기력의 관계를 도시하는 도면이다. 종축은 피스톤(34)에 인가되는 힘이며, 정방향이 +z 방향으로 작용하는 힘, 부방향이 -z 방향으로 작용하는 힘을 나타낸다. 종축과 횡축의 교점은 원점이며, z=0으로 되는 점은 스트로크 중심이다.
도 6에서는, 스프링(40)의 중립점이 피스톤(34)의 스트로크 중심보다도 상사점측으로 되도록 구성되어 있는 경우를 설명하지만, 스프링(40)의 중립점이 피스톤(34)의 스트로크 중심에 일치하는 경우에는, 도 6 중의 「스프링력」의 직선이 원점을 통과하게 되는 것 이외는 마찬가지이다.
공압에 의한 힘은, 피스톤(34)에 대하여 항상 +z 방향으로의 힘을 인가하기 때문에, 스프링 중립점을 스트로크 중심보다 상사점측에 설정함으로써, 피스톤(34)의 스트로크 중심을 보다 -z측에 둘 수 있다. 즉, 피스톤(34)의 스트로크 중심을, 실린더(33)의 z 방향 치수의 중심측에 설정하기 쉬워져, 스트로크 최대 길이를 길게 할 수 있다.
<자기력의 발생과 자로>
도 7은 본 실시예의 리니어 모터(3B)가 갖는 2개의 전기자(50) 및 이들 사이에 설치한 자성 스페이서(52)의 단면 사시도이다.
각각의 전기자(50)의 자극치(43)에 감겨 있는 코일(37)에는, 인버터 회로 등을 포함하는 전원을 접속하여 지시한 전류를 흘릴 수 있다. 코일(37)에, 상술한 바와 같은 교류의 전류 또는 전압을 인가하면, 자성체인 철심(41)을 통과하는 자속이 발생한다. 자속은, 예를 들어 xy 평면에 형성되는 자로로서 실선 화살표로 예시한 바와 같이, 아암부(39) 및 제1 자극치(43A) 및 제2 자극치(43B)를 포함하는 자로를 흐른다. 이에 의해, 제1 자극치(43A)가 N극 또는 S극으로, 대향하는 제2 자극치(43B)가 S극 또는 N극으로 자화된다. 전류 또는 전압의 주파수 및 극성을, 다양한 공지의 동기식 모터의 방법을 사용하여 제어함으로써, 가동자(36)에 배치한 영구 자석(38)과 자극치(43) 사이에서 자기 반발력 및 자기 흡인력을 발생시킬 수 있어, 가동자(36)에 z 방향의 왕복 동력을 부여할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, z 방향으로 배열된 2개의 전기자(50)를 자성 스페이서(52)로 연결하고 있다. 이에 의해, 발생한 자속은, yz 평면에 형성되는 자로로서 파선 화살표로 예시한 바와 같이, 2개의 전기자(50) 각각의 제1 자극치(43A) 및 제2 자극치(43B), 그리고 2개의 제1 자극치(43A)의 사이 및 2개의 제2 자극치(43B) 각각의 사이에 설치된 자성 스페이서(52)를 포함하는 자로를 흐른다.
이와 같이, 본 실시예에서는 2개의 평면에 형성된 2종류의 자로를 형성할 수 있기 때문에, 자속 포화를 억제할 수 있다. 즉, 고출력의 리니어 모터(3B)를 구성할 수 있다.
또한, 도 3의 (a)에 예시한 바와 같이, 각각의 코일(37)은 2개의 화살표(45)로 나타내는 바와 같이, 자성 스페이서(52)를 개재하여 인접하는 전기자(50) 간에서는 자속의 방향이 반대로 되도록 결선되어 있다.
또한, 코일(37)에 전류 또는 전압이 인가되었을 때에는, 화살표(46A, 46B)로 예시한 바와 같이, 가동자(36)에 작용하는 자기 흡인력 및 자기 반발력은, y 방향 성분을 갖는다. 가동자(36)에 배치된 영구 자석(38) 각각에는, y 방향 양측의 자극치(43)와의 사이에서 자기 흡인력 또는 자기 반발력 중 어느 하나 동종의 힘이 작용하기 때문에, 결과로서 자기력의 y 방향 성분은 대략 상쇄된다.
<자기력의 제어>
도 7에 예시한 바와 같이, 배열된 2개의 전기자(50)에 주목하여, -z 방향측의 자극치(43)의 z 좌표를 A, +z 방향측의 자극치(43)의 z 좌표를 C, A 및 C의 중점의 z 좌표를 B, A 및 B의 중점의 z 좌표를 D, B 및 C의 중점의 z 좌표를 E라 한다.
이하, 가동자(36)에 배치된 1개의 영구 자석(38)이, 자화된 자극치(43)로부터 받는 z 방향의 자기력에 대하여 설명한다. 간편하게 하기 위해, 영구 자석(38)은 +y 방향에 N극, -y 방향에 S극을 갖도록 자화되어 있는 것으로서 설명하지만, 마찬가지의 설명은 영구 자석(38)의 자화 방향이 역의 경우라도 성립된다.
영구 자석(38)의 z 방향 중심이 A에 위치할 때, 영구 자석(38)은 A에 위치하는 자극치(43)로부터는 z 방향의 힘을 받지 않고, 영구 자석(38)의 z 방향 중심이 C에 위치할 때, 영구 자석(38)은 C에 위치하는 자극치(43)로부터는 z 방향의 힘을 받지 않는다. 자극치(43A) 및 자극치(43B) 각각과 영구 자석(38)을 통과하는 직선이 z축과 이루는 각도가 90°이기 때문이다.
또한, 영구 자석(38)의 z 방향 중심이 A에 위치할 때, 영구 자석(38)은 C에 위치하는 자극치(43)로부터는 작은 힘만 받고, 영구 자석(38)의 z 방향 중심이 C에 위치할 때, 영구 자석(38)은 A에 위치하는 자극치(43)로부터는 작은 힘만 받는다. 영구 자석(38) 및 자극치(43)의 거리가 크기 때문이다.
예를 들어, 이와 같이 0 또는 작은 힘만 부여되는 시각, 즉 A 또는 C에 영구 자석(38)이 위치하는 시각은, 스프링력이 큰 시각에 대략 일치하도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 영구 자석(38)이 A에 위치할 때, 피스톤(34)의 위치가 상사점에 대략 일치하고, 영구 자석(38)이 C에 위치할 때, 피스톤(34)의 위치가 하사점에 대략 일치하도록, 스프링(40)의 스프링 상수, 코일(37)에 인가하는 전류 또는 전압의 크기 등을 설계하여, 컴프레서(3)를 구동시키면 바람직하다. 또한, 영구 자석(38)이 A 및 C에 위치할 때에 코일(37)에 인가되는 전류 또는 전압은, 비교적 작은 값, 바람직하게는 대략 0으로 되도록 설정할 수 있다. 구체적인 상사점 및 하사점의 z 좌표는 이 바람직한 형태에 한정되지 않고, 코일(37)에 인가하는 전류 또는 전압의 크기 등의 설계에 따라 적절히 조정할 수 있다.
영구 자석(38)의 z 방향 중심이 B에 위치할 때, A 및 C 각각에 위치하는 자극치(43) 및 영구 자석(38)의 중심을 통과하는 직선이 z축과 이루는 각도는, 예를 들어 45° 정도로 된다. 또한, 자극치(43) 및 영구 자석(38)의 거리도 비교적 작다. 이 때문에, 영구 자석(38)은 z 방향의 힘을 크게 받아, 피스톤(34)이 상사점을 향하고 있는 경우에는 상사점을 향하는 힘을, 하사점을 향하고 있는 경우에는 하사점을 향하는 힘을, 각각 부여하도록 코일(37)에 인가하는 전류 또는 전압을 제어하면 바람직하다. 즉, B가 스트로크 중심에 대략 일치하도록 컴프레서(3)를 구성하면 바람직하다. 이때, 코일(37)에 인가되는 전류 또는 전압은, 비교적 큰 값, 바람직하게는 피크값으로 되도록 설정할 수 있다.
<컴프레서(3)의 기동>
도 8은 도 6으로부터 자기력을 제거한 도면이다.
컴프레서(3)가 정지하고 있을 때는, 가동자(36)는 가동자(36)에 가해지는 힘이 균형을 이루는 위치에 정지하고 있다. 공압에 의한 힘은 항상 +z측으로의 힘을 피스톤(34)에 부여하기 때문에, 컴프레서(3)의 모터로서 리니어 모터(3B)를 사용하지 않는 컴프레서, 예를 들어 회전 모터 및 크랭크 기구를 채용한 컴프레서를 적용하는 경우, 컴프레서가 하사점 또는 하사점 근방에서 정지하였을 때, 컴프레서를 기동시키기 위해서는, 모터에 인가하는 전류 또는 전압에 의해, 공압에 의한 힘보다 큰 상사점 방향의 힘을 인가하여, 피스톤을 상사점에까지 도달시킬 필요가 있다. 이 때문에, 기동에 요하는 전류 또는 전압이 커진다. 이 공압에 의한 힘은, 배기 통로 개폐 밸브(19)를 개방 포지션(a)으로 하고 있으면, 흡입 포트(3C) 및 토출 포트(3D)의 차압이 경시와 함께 감소하기 때문에, 점차 기동이 용이해질 수 있지만, 폐쇄 포지션(b)으로 설정되어 있으면 차압이 유지되기 때문에, 기동은 용이해지기 어렵다.
본 실시예의 컴프레서(3)는 모터로서 리니어 모터(3B) 및 부세 수단으로서의 스프링(40)을 구비하고 있기 때문에, 피스톤(34)이 공압에 의한 힘에 의해 +z측으로 힘을 받으면, 부세 수단인 스프링(40)의 변위가 중립점보다 +z측으로 변위될 수 있다. 이 경우, 스프링(40)은 피스톤(34)에 -z 방향의 힘을 부여하게 된다. 본 실시예와 같이 고정부(55)가 지지부(54)에 대하여 -z측에 위치할 때, 스프링(40)은 인장 상태에서 -z 방향의 힘을 부여하게 된다. 한편, 고정부(55)가 지지부(54)에 대하여 +z측에 위치할 때, 스프링(40)은 압축 상태에서 -z 방향의 힘을 부여하게 된다.
이와 같이, 스프링(40)에 의한 -z 방향의 힘이, 공압에 의한 +z 방향의 힘을 일부 또는 전부 상쇄하기 때문에, 컴프레서(3)의 기동을 용이하게 행할 수 있다. 이 때문에, 컴프레서를 정지시키고 나서 다음번 기동할 때까지의 동안, 배기 통로 개폐 밸브(19)의 포지션 설정을 폐쇄 포지션(b)으로 유지할 수 있으므로, 에어 서스펜션 시스템(100)의 에너지 절약성을 향상시키거나, 컴프레서(3)의 기동을 행하기 위해 에어실(1C, 2C)의 압력을 내릴 필요성이 저감되기 때문에, 차량(200)의 승차인의 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
구체적인 기동 방법에 대하여 설명한다. 기동 전에는, 가동자(36)는 공압에 의한 +z 방향의 힘 및 부세 수단에 의한 -z 방향의 힘의 균형 위치에서 정지되어 있다. 코일(37)에 교류 전류 또는 전압을 인가하면, 가동자(36)에 대하여 +z 방향 또는 -z 방향으로의 자기력을 부여할 수 있다. 부세 수단에 의해 피스톤(34)은 -z 방향으로 부세되고 있기 때문에, 비교적 작은 에너지로 상술한 구동 시에 있어서의 상사점에 도달할 수 있다. 또한, 피스톤(34)은 상술한 구동 시에 있어서의 하사점 또는 하사점 근방보다도 상사점측에서 균형을 이룰 수 있으므로, 기동 시에 -z 방향뿐만 아니라 +z 방향으로 자기력을 부여한 경우에도 컴프레서(3)를 기동할 수 있다. 어느 경우에도, 가동자(36)의 이동에 따라서, 스프링(40)의 압축 또는 인장, 및 압축실(42) 내 공기의 팽창 또는 압축이 발생한다. 후술하는 바와 같이, 교류 전류 또는 전압의 주파수를 가동자(36)의 공진 주파수에 대략 일치시킴으로써, 이들 스프링(40) 및 압축실(42)의 에어 스프링에 에너지가 축적되어도 가서, 가동자(36)의 진폭이 점증된다. 이 때문에, 압축실(42)의 압력이 높은 조건 하에서도, 컴프레서(3)는 코일(37)에 인가하는 전류 또는 전압이 비교적 작은 값에서 기동할 수 있다.
부세 수단은, 컴프레서(3)의 기동 시에 가동자(36)에 상사점을 향하는 힘을 부여할 수 있으면 되고, 코일 스프링인 스프링(40)에 한정되지 않고, 판 스프링이나 고무 등의 탄성체, 전자석 등의 포텐셜 부여부를 채용해도 된다.
<컴프레서(3)의 구동 주파수>
가동자(36)의 공진 주파수와 코일(37)에 흐르는 교류의 전류의 주파수(구동 주파수)를 대략 일치시킴으로써, 가동자(36)에 부여되는 에너지를 스프링(40) 등에 축적시킬 수 있다. 이에 의해, 가동자(36)의 진폭을 증가시킬 수 있다.
가동자(36)의 공진 주파수는, 가동자(36)의 질량, 압축실(42) 내의 압력, 및 부세 수단의 물성 등, 예를 들어 스프링(40)의 스프링 상수에 의해 대략 결정된다. 이 공진 주파수에 가동자(36)의 왕복동의 단위 시간당의 횟수(구동 주파수)가 대략 일치하도록 동작시키면, 적은 에너지로 가동자(36)의 왕복동을 하게 할 수 있기 때문에, 코일(37)에 보내는 명령 신호는 이 공진 주파수로 되도록 하면 된다.
[에어 서스펜션 시스템(100)의 동작]
다음에, 재차 도 1 등을 참조하면서, 에어 서스펜션 시스템(100)의 동작에 대하여 설명한다.
(차고를 올릴 경우)
도 9는 차량(200)의 차고를 올릴 때의 밸브의 전환 상태를 도시하는 에어 서스펜션 시스템(100)의 회로 구성도이다. 차고를 올리는 경우에는, 예를 들어 제1 탱크(5) 내에의 급압을 완료시키고, 또한 컴프레서(3)가 정지한 상태에서, 복귀 통로 개폐 밸브(14) 및 배기 통로 개폐 밸브(19)를 폐쇄 포지션(b)으로 유지한다. 이 상태에서, 급배 전환 밸브(10)의 솔레노이드(10A)를 여자함으로써, 급배 전환 밸브(10)를 공급 포지션(a)으로 전환함과 함께, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)의 솔레노이드(11A, 12A)를 여자함으로써, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)를 개방 포지션(a)으로 전환한다.
이에 의해, 제1 탱크(5) 내의 압축 공기가 급배 통로(9)로 도출되고, 급배 통로(9)를 통해 에어 서스펜션(1, 2)의 에어실(1C, 2C) 내에 공급된다. 이에 의해, 차고를 올릴 수 있다. 에어 서스펜션(1, 2)의 일부에만 흡기하고 싶을 때는, 흡기하고 싶은 에어 서스펜션에 대응하는 서스펜션 제어 밸브를 개방 포지션(a)으로 하고, 그 밖의 서스펜션 제어 밸브를 폐쇄 포지션(b)으로 하면 된다. 각각의 에어 서스펜션에 가해지는 하중이 불균일한 경우에는, 이렇게 하면 세밀한 차고 조정이 가능해진다.
차고의 상승 동작이 완료되면, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)를 폐쇄 포지션(b)으로 전환한다. 이에 의해, 에어 서스펜션(1, 2)의 에어실(1C, 2C)이 밀봉되므로, 에어 서스펜션(1, 2)은 신장 상태를 유지하여, 차고를 올린 상태로 유지할 수 있다.
또한, 차고의 상승 동작 중에 제1 탱크(5) 내의 압력이 소정압 이하로 저하된 경우에는, 컴프레서(3)를 구동해도 된다. 또한, 차고의 상승 동작을 개시하고 싶을 때에 제1 탱크(5) 내의 압력이 소정압 이하인 경우에는, 컴프레서(3)를 구동시키면서 후술하는 급압 제어를 행해도 된다. 또한, 제1 탱크(5) 내의 압력에 의하지 않고, 컴프레서(3)를 구동시키면서 후술하는 급압 제어를 행해도 된다.
(차고를 내리는 경우)
도 10은 차량(200)의 차고를 내릴 때의 밸브의 전환 상태를 도시하는 에어 서스펜션 시스템(100)의 회로 구성도이다. 차고를 내리는 경우에는, 급배 전환 밸브(10)를 배출 포지션(b)으로 유지함과 함께, 배기 통로 개폐 밸브(19)를 폐쇄 포지션(b)으로 유지한다. 이 상태에서, 복귀 통로 개폐 밸브(14)의 솔레노이드(14A)를 여자함으로써, 복귀 통로 개폐 밸브(14)를 개방 포지션(a)으로 전환함과 함께, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)의 솔레노이드(11A, 12A)를 여자함으로써, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)를 개방 포지션(a)으로 전환한다. 또한, 컴프레서(3)를 구동시킨다.
이에 의해, 에어 서스펜션(1, 2)의 에어실(1C, 2C) 내의 공기는, 분배 급배 통로(9A, 9B)와 합동 급배 통로(9C)를 거쳐 복귀 통로(13)로 도출된다. 복귀 통로(13)로 도출된 공기는, 복귀 통로 개폐 밸브(14)를 통과하여 구동 중인 컴프레서(3)의 흡입 포트(3C)로 유도되어, 컴프레서(3)에 의해 압축된 후, 보급 통로(6), 에어 드라이어(7)를 통해 제1 탱크(5) 내에 저류된다. 이 결과, 에어실(1C, 2C)로부터 공기가 배출됨으로써, 차고를 내릴 수 있다. 또한, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)의 일부만을 배기 상태로 하면, 이 일부만의 에어 서스펜션을 축소시킬 수 있다. 각각의 에어 서스펜션에 가해지는 하중이 불균일한 경우에는, 이렇게 하면 세밀한 차고 조정이 가능해진다.
차고의 하강 동작이 완료된 후에는, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)를 폐쇄 포지션(b)으로 전환한다. 이에 의해, 분배 급배 통로(9A, 9B)가 폐쇄되어, 에어실(1C, 2C)이 밀봉되므로, 에어 서스펜션(1, 2)이 축소 상태를 유지함으로써, 차고를 내린 상태로 유지할 수 있다.
흡입 포트(3C)에는 에어실(1C, 2C)의 압축 공기가 공급되기 때문에, 급배 전환 밸브(10)가 배기 포지션(b) 및 복귀 통로 전환 밸브(14)가 개방 포지션(a)인 경우, 흡입 포트(3C)의 압력은, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)의 개폐 포지션의 상태와, 에어실(1C, 2C) 내의 압력으로부터 추정할 수 있다. 따라서, 서스펜션 제어 밸브(1, 2)에 접속하고 있는 에어실(1C, 2C)의 압력을 측정하는 압력 센서(1D, 2D)를 설치하여, 개방 포지션(a)으로 되어 있는 서스펜션 제어 밸브의 압력 정보를 취득하면, 압축실(34)의 에어 스프링의 스프링 상수의 추정을 효과적으로 행할 수 있다. 특히, 컴프레서(3)의 기동 시에 코일(37)에 공급해야 할 전류 또는 전압의 주파수 추정을 효과적으로 행할 수 있다.
(차고를 급속하게 내리는 경우)
예를 들어 차량(200)의 선회 주행 시의 자세를 안정시키기 위해 차고를 급속하게 내리는 경우에는, 급배 전환 밸브(10)를 배출 포지션(b)으로 유지함과 함께, 복귀 통로 개폐 밸브(14)를 폐쇄 포지션(b)으로 유지한다. 이 상태에서, 배기 통로 개폐 밸브(19)의 솔레노이드(19A)를 여자함으로써, 배기 통로 개폐 밸브(19)를 개방 포지션(a)으로 전환함과 함께, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)의 솔레노이드(11A, 12A)를 여자함으로써, 서스펜션 제어 밸브(11, 12)를 개방 포지션(a)으로 전환한다. 컴프레서(3)는 정지시켜 둔다.
이렇게 하면, 에어실(1C, 2C) 내의 공기는 복귀 통로(13), 바이패스 통로(16), 배기 통로(18)를 통해 외기 도입구로부터 대기 중으로 방출된다. 이 결과, 에어실(1C, 2C)로부터 공기를 급속하게 배출하여, 차고를 급속하게 내릴 수 있다.
차고를 급속하게 내릴 때에는, 에어 서스펜션(1, 2)으로부터 배출된 공기가, 바이패스 통로(16)로부터 에어 드라이어(7)를 통과하여 배기 통로(18)로 흐른다. 이에 의해, 에어 드라이어(7) 내에 충전된 건조제로부터 수분을 제거할 수 있어, 건조제를 재생시킬 수 있다.
(제1 탱크(5)에 급압하는 경우)
대기 중에 압축 공기를 방출하거나 하면, 제1 탱크(5) 내의 압력이 비교적 낮아진다. 이 경우, 제1 탱크(5) 내의 압력을 높이는 동작을 행할 수 있다. 도 1에 예시한 바와 같이, 급배 전환 밸브(10)를 배출 포지션(b)으로 유지하고, 서스펜션 제어 밸브(11, 12), 복귀 통로 개폐 밸브(14), 및 배기 통로 개폐 밸브(19)를 각각 폐쇄 포지션(b)으로 유지한 상태에서, 컴프레서(3)를 기동시킨다.
이에 의해, 컴프레서(3)는 흡기 필터(4)를 통해 외기를 흡입한다. 이 외기는, 흡입측 통로(20)를 통과하여 흡입 포트(3C)로부터 압축실(42)에 유입된 후, 압축되어 토출 포트(3D)로부터 보급 통로(6)에 토출된다. 이 압축 공기는, 에어 드라이어(7)에 의해 건조된 후, 제1 탱크(5) 내에 축적된다. 그리고, 예를 들어 제1 탱크(5) 내의 압력이 일정한 압력에 도달하면 컴프레서(3)를 정지시킨다. 이에 의해, 제1 탱크(5) 내에 충분한 압축 공기를 충전할 수 있다.
배기 통로 개폐 밸브(19) 및 복귀 통로 개폐 밸브(14)가 폐쇄 포지션(b)이기 때문에, 흡기 필터(4)를 통해 흡입된 외기는, 효과적으로 흡입 포트(3C)로 진행할 수 있다. 또한, 급배 전환 밸브(10)가 배출 포지션(b)이기 때문에, 제1 탱크(5) 내의 압축 공기가 에어 서스펜션(1, 2)에 공급되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 컴프레서(3)의 구동원에 부세 수단을 구비하는 리니어 모터(3B)를 사용함으로써, 압축실(42)의 압력에 의하지 않고, 가동자(36)의 균형 위치로부터 컴프레서(3)를 용이하게 기동할 수 있다. 이 때문에, 비교적 작은 추력으로 기동 가능하기 때문에, 소형이며 간이한 구성의 컴프레서(3)를 사용한 에어 서스펜션 시스템(100)을 제공할 수 있다. 또한, 부세 수단을 스프링으로 하는 경우에는, 압축 스프링이어도 인장 스프링이어도 된다.
실시예 2
실시예 2의 구성은, 하기의 점을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 할 수 있다.
도 11은 본 실시예의 서스펜션 시스템(100)의 회로도이다. 본 실시예의 서스펜션 시스템(100)에는, 복귀 통로(13)에, 제2 탱크(71)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 차고를 내리거나 또는 급속하게 내리는 경우에, 도 10과 마찬가지로 밸브를 제어함으로써, 컴프레서(3)를 구동시키지 않고 에어 서스펜션(1, 2)의 압축 공기를 제2 탱크(71)에 축적하도록 해도 된다. 또한, 급배 전환 밸브(10)를 배기 포지션(b), 복귀 통로 개폐 밸브(14)를 폐쇄 포지션(b), 배기 통로 개폐 밸브(19)를 폐쇄 포지션(b)으로 한 후, 컴프레서(3)를 기동시켜, 제2 탱크(71) 내의 공기를 컴프레서(3)에 의해 압축하면, 압축 공기를 제1 탱크(5)에 저류할 수 있다. 그 후, 차고를 올리는 동작을 행함으로써, 제2 탱크(71) 내의 압축 공기를 에어 서스펜션(1, 2)에 공급할 수 있다.
본 실시예는 제2 탱크(71)를 갖기 때문에, 흡입 포트(3C)측의 압력을 대기압 초과로 할 수 있기 때문에, 흡입 포트(3C) 및 토출 포트(3D)의 차압을 저감할 수 있다. 따라서, 컴프레서(3)의 기동을 더욱 용이하게 할 수 있다.
또한, 제2 탱크의 압력을 측정하는 압력 센서(71A)를 설치하여, 예를 들어 차고를 내리는 경우에 있어서의 컴프레서(3)의 기동 시나 구동 시의 구동 주파수의 결정에, 이 압력 센서(71A)에 의한 정보를 사용해도 된다.
본 실시예에서도, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
실시예 3
실시예 3의 구성은, 이하의 점을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 할 수 있다.
도 12는 본 실시예의 서스펜션 시스템(100)의 회로도이다. 본 실시예의 에어 서스펜션 시스템(100)은 탱크를 구비하고 있지 않고, 차고를 올릴 때에는, 대기로부터 흡입된 공기를 컴프레서(3)에 의해 압축하여 압축 공기를 직접 에어실(1C, 2C)에 보내고, 차고를 내릴 때에는 에어실(1C, 2C)의 압축된 공기를, 직접 대기에 개방하는 개회로의 구성이다. 구체적으로는, 실시예 1과 비교하여, 복귀 통로(13)는 바이패스 통로(16)에는 연결되어 있지만 흡입측 통로(20)에는 접속되어 있지 않다.
본 실시예에서도, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 배기 시에는 공기가 에어 드라이어(7)를 통과하도록 할 수 있기 때문에, 에어 드라이어(7)의 재생을 효과적으로 행할 수 있다.
실시예 4
실시예 4의 구성은, 이하의 점을 제외하고 실시예 3과 마찬가지로 할 수 있다.
도 13은 본 실시예의 서스펜션 시스템(100)의 회로도이다. 배기 통로(18)는 제1 단부가 급배 전환 밸브(10)에 접속되어 있고, 제2 단부가 외기에 개방되어 있다. 실시예 3과 비교하여, 복귀 통로(13) 및 바이패스 통로(16)는 제거되어 있다. 구체적으로는, 외기 도입구, 제2 체크 밸브(15), 컴프레서(3), 에어 드라이어(7), 제1 체크 밸브(8) 및 급배 전환 밸브(10)가 통로에서 이 순서로 접속되어 있고, 배기 통로(18)와는 접속되어 있지 않다. 또한, 배기 통로(18)에는, 일단이 급배 전환 밸브(10)에, 타단이 외기에 개방되어 있고, 배기 통로 개폐 밸브(19)가 설치되어 있다. 이렇게 하면, 짧은 통로 길이로 배기를 행할 수 있다. 본 실시예에서도, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
실시예 5
실시예 5의 구성은, 이하의 점을 제외하고 실시예 1 내지 4 중 어느 하나와 마찬가지로 할 수 있다.
도 14는 본 실시예의 컴프레서(3)의 yz 평면에 의한 단면 측면도이다. 컴프레서(3)는 부세 수단인 스프링(40)으로서, 가동자(36)의 상사점측에 접속된 상사점측 스프링(40C)과 하사점측에 접속된 하사점측 스프링(40E)을 갖는다. 본 실시예에 따르면, 복수의 부세 수단을 구비함으로써, 압축실(42)의 에어 스프링과 비교하였을 때의 부세 수단의 영향을 크게 할 수 있고, 또한 컴프레서(3)의 기동을 용이하게 할 수 있다. 혹은, 스프링(40) 각각을 소형화할 수 있다.
상사점측 스프링(40C) 및 하사점측 스프링(40E)은, 각각 압축 스프링이어도 인장 스프링이어도 된다. 한쪽을 압축 스프링, 다른 쪽을 인장 스프링으로 해도 되고, 양쪽을 압축 스프링 또는 인장 스프링으로 해도 된다.
바람직하게는, 상사점측 스프링(40C) 및 하사점측 스프링(40E) 중 한쪽을, 더욱 바람직하게는 양쪽을 압축 스프링으로서 사용한다. 압축 스프링은, 압축 상태로부터 중립점으로 복귀하려고 하여 가동자(36)에 스스로 접촉하여 가동자(36)를 가압하게 되기 때문에, 스프링(40)을 지지부(54) 등에 강고하게 고정하지 않아도 구성할 수 있다.
본 실시예에서도, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
실시예 6
본 실시예의 구성은, 하기의 점을 제외하고 실시예 1 내지 5 중 어느 하나와 마찬가지로 할 수 있다.
도 15는 본 실시예의 컴프레서(3)의 yz 평면 단면도, 도 16은 본 실시예의 컴프레서(3)의 기동 시로부터 정상 상태에 걸치는 스트로크 명령값 L(가동자(36) 또는 피스톤(34)의 왕복동의 진폭의 명령값), 코일(37)에의 인가 전압의 주파수 명령값 ω, 및 인가 전압의 진폭 명령값 V에 대한 시간 t의 관계를 나타내는 그래프이다. 컴프레서(3)는 모터로서 리니어 모터(3B)를 채용하고 있기 때문에, 피스톤(34)의 왕복동의 주파수뿐만 아니라, 스트로크 길이를 적절히 설정할 수 있다. 컴프레서(3)의 구동 제어에 있어서는, 공지의 모터 제어의 방법에 의해, L 및 ω의 목표값을 입력하여, V를 연산할 수 있다. 연산된 V를 이용하여, 인버터 등으로부터 코일(37)에 전압을 인가한다.
가동자(36)에는 부세 수단은 설치되어 있지 않고, 주로, ω 및 V에 의해 정해지는 인가 전압에 의해 흐르는 코일(37)의 전류에 따라서 전기자(50)가 발하는 자기력을 받아, 가동자(36)는 왕복동한다. 이 왕복동 진폭은, 스트로크 명령값 L에는 반드시 일치하지는 않는다. 스트로크 명령값 L을 기초로 하여 전압 명령값 V가 연산되지만, 실제의 가동자(36)의 스트로크량을 스트로크 명령값 L에 대략 일치시키기 위해서는, 전압 명령값 V의 연산 시에 압축실(42) 내의 공기의 압축 및 팽창에 의한 일을 고려할 필요가 있다. 그러나, 가동자(36)에 부여하는 자기력만을 고려하고 압축실(42)의 영향을 고려하지 않는 방법 등도 채용할 수 있기 때문이다. 단, 여기에서는 설명을 간편하게 하기 위해, 스트로크 명령값 L이 실제의 피스톤(34)의 스트로크에 일치한다고 가정한다.
또한, 가동자(36)의 왕복동 주파수는, ω와 동일하게 되려고 추종하지만, ω가 너무 큰 값이면 추종할 수 없다. 이것은, 자기력의 방향이 예를 들어 +z 방향으로부터 -z 방향으로 변한 경우, 가동자(36)는 +z 방향으로의 속도를 감속한 후, -z 방향으로 가속하기 시작하기 때문에, 가동자(36)의 이동 방향은 바로는 전환되지 않기 때문이다. 이 가감속에 요하는 시간보다 짧은 시간에, 자기력의 방향이 전환되면, 가동자(36)는 거의 운동할 수 없고 미소 진동한다.
이하에 설명하는 바와 같이, 본 실시예에 있어서도 에어 서스펜션 시스템(100)에 있어서의 컴프레서(3)의 기동을 용이하게 할 수 있다.
컴프레서(3)의 정상 상태(단위 시간당의 컴프레서(3)의 토출량이 대략 동일한 상태에서 피스톤(34)이 왕복동하는 상태)의 L, ω, V 각각을 Lo, ωo, Vo라 한다. 컴프레서(3)를 기동하는 경우, 입력하는 스트로크 명령값의 초기값을, Lo보다 작은 L0으로서 명령한다. 바람직하게는 또한 주파수 명령값의 초기값을, ωo보다 작은 ω0으로서 명령한다. 이에 의해 연산되는 전압 명령값의 초기값 V0은 Vo보다 작은 값으로 된다. 그렇게 되면, 코일(37)에 인가되는 전압은 Vo보다 작은 값으로 되기 때문에, 피스톤(34)은 Lo보다 작은 L0으로 왕복동한다. 즉, 비교적 작은 스트로크로 압축 공정 및 흡입 공정을 교대로 행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예의 컴프레서(3)는 모터로서 리니어 모터(3B)를 사용하고 있기 때문에, 스트로크 초기값 L0을 변경 가능하므로, 작은 값으로 설정할 수 있다. 이에 의해, 기동 직후에 큰 스트로크, 예를 들어 Lo에 걸쳐 압축 공정을 행하는 것을 회피할 수 있으므로, 컴프레서(3)를 용이하게 기동시킬 수 있다. 이때, 주파수 명령값 ω도 작게 설정해 두면, 단위 시간당의 피스톤(34)의 이동 길이를 작게 할 수 있는, 즉 단위 시간당의 마찰력을 작은 값에 머물게 할 수 있기 때문에, 보다 용이하게 컴프레서(3)를 기동할 수 있어 바람직하다.
에어 서스펜션 시스템(100)은 그 후, 예를 들어 정상 상태를 향하여, 스트로크 명령값 L 및 주파수 명령값 ω를 필요에 따라서 크게 해 갈 수 있다. 즉, 컴프레서(3)는 기동 직후에 있어서의 피스톤(34)의 스트로크 L0보다도 큰 스트로크로 피스톤(34)이 구동되는 상태를 갖는다. 또한, 바람직하게는 컴프레서(3)는 기동 직후에 있어서의 피스톤(34)의 주파수 ω0보다도 큰 주파수에서 피스톤(34)이 구동되는 상태를 갖는다. 실시예 1 등과 같이, 부세 수단을 구비하는 경우에는, ω0을 피스톤(34)의 공진 주파수보다 작은 값으로 설정해도 된다. 즉, 기동 직후의 주파수 ω를 공진 주파수보다 작게 하고, 그 후 크게 하여 공진 주파수로 해도 된다.
또한, 본 실시예에서는 리니어 모터(3B)에 부여하는 전압 명령값 V를, 기동시에 작게 하여 서서히 크게 하도록 하였지만, 스트로크 명령값 L0을 Lo로 설정해도 된다. 이 경우, 기동 직후부터 전압 명령값은 Vo로 되지만, 피스톤(34)의 스트로크는 Lo보다 작은 값으로 된다. 구체적으로는, 공압에 의한 힘 및 자기력이 대략 균형이 이룬 점에서 속도가 0으로 되고, 자기력이 반대 방향으로 된 후, 반대 방향으로 이동을 시작한다. 이 방법에서도, 상기와 마찬가지로 컴프레서(3)의 기동을 용이하게 행할 수 있다. 단, 이 경우에는, 코일(37)에 과전류가 흐르는 경우가 있기 때문에, 전류 리미터를 설치하면 바람직하다. 또한, 주파수 명령값 ω0은, 탈조를 피하기 위해 저주파수로부터 기동하여 점증시키는 것이 바람직하다.
여기서, 비교예로서의 크랭크 기구를 사용하는 컴프레서의 경우, 스트로크는 크랭크 기구의 편심 회전의 직경에 의해 일의적으로 정해진다. 여기에서는, 크랭크 기구를 사용하는 컴프레서의 스트로크를 Lo로 나타낸다. 하사점 또는 하사점 근방에서 기동하려고 하면, 기동 지점으로부터 상사점까지의 스트로크, 대략 Lo에 걸치는 압축 동작을 기동 직후부터 한 번에 행할 수 없으면, 컴프레서의 기동이 성공하지 못한다. 즉, 약 Lo에 걸쳐 압축 동작을 계속하는 힘을 모터로부터 부여해야만 하여, 이 스트로크 길이 lo는 저감할 수 없다. 이 때문에, 예를 들어 대전류를 인가하는 것이 가능한 대형의 모터를 설치할 필요가 발생한다.
1, 2 : 에어 서스펜션
3 : 컴프레서
4 : 흡기 필터
5 : 제1 탱크
5B : 압력 센서
6 : 보급 통로
8 : 제1 체크 밸브
9 : 급배 통로
9A, 9B : 분배 급배 통로
9C : 합동 급배 통로
10 : 급배 전환 밸브
11, 12 : 서스펜션 제어 밸브
13 : 복귀 통로
14 : 복귀 통로 개폐 밸브
15 : 제2 체크 밸브
16 : 바이패스 통로
17 : 제3 체크 밸브
18 : 배기 통로
19 : 배기 통로 개폐 밸브
33 : 실린더
34 : 피스톤
36 : 가동자
37 : 코일
38 : 영구 자석
40 : 스프링
41 : 철심
42 : 압축실
43 : 자극치
47 : 로드
51 : 단부 스페이서
54 : 지지부
55 : 고정부
71 : 제2 탱크
100 : 에어 서스펜션 시스템

Claims (10)

  1. 차체측과 차륜측 사이에 개재 장착되어 공기의 급배에 따라서 차고 조정을 행하는 복수의 에어실에, 컴프레서에 의해 압축한 공기를 공급하는 에어 서스펜션 시스템으로서,
    상기 컴프레서의 토출 포트측에 제1 단부가 접속되고, 해당 토출 포트측의 압축 공기를 배기 가능한 배기 통로와,
    해당 배기 통로의 공기 유통을 차단하는 폐쇄 포지션과 상기 배기 통로의 공기를 유통시키는 개방 포지션을 실행 가능한 배기 통로 개폐 밸브
    를 갖고,
    상기 컴프레서는,
    피스톤에 연결되며, 해당 피스톤의 이동 방향으로 연장되는 가동자와,
    해당 가동자를 상기 피스톤의 이동 방향으로 왕복동시키는 전기자와,
    상기 피스톤의 상사점 방향으로 상기 가동자를 부세하는 부세 수단
    을 갖고,
    상기 부세 수단은, 상기 피스톤이 공기 압력에 의한 힘에 의해 상기 이동 방향의 한쪽 측에 힘을 받으면, 상기 피스톤에 상기 한쪽 측과는 반대측에 힘을 부여하는 스프링이고,
    상기 배기 통로 개폐 밸브는, 상기 컴프레서를 정지시키고 나서 다음번 기동할 때까지의 동안, 폐쇄 포지션으로 설정되는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템.
  2. 차체측과 차륜측 사이에 개재 장착되어 공기의 급배에 따라서 차고 조정을 행하는 복수의 에어실과,
    공기를 압축하는 컴프레서와,
    해당 컴프레서에 의해 압축된 공기를 축적하는 탱크
    를 갖고,
    해당 탱크에 상기 컴프레서에 의해 압축한 공기를 저류하고, 상기 탱크 내의 공기를 상기 에어실에 공급하는 에어 서스펜션 시스템으로서,
    상기 컴프레서의 토출 포트측에 제1 단부가 접속되고, 해당 토출 포트측의 압축 공기를 배기 가능한 배기 통로와,
    해당 배기 통로의 공기 유통을 차단하는 폐쇄 포지션과 상기 배기 통로의 공기를 유통시키는 개방 포지션을 실행 가능한 배기 통로 개폐 밸브
    를 갖고,
    상기 컴프레서는,
    피스톤에 연결되며, 해당 피스톤의 이동 방향으로 연장되는 가동자와,
    해당 가동자를 상기 피스톤의 이동 방향으로 왕복동시키는 전기자와,
    상기 피스톤의 상사점 방향으로 상기 가동자를 부세하는 부세 수단
    을 갖고,
    상기 부세 수단은, 상기 피스톤이 공기 압력에 의한 힘에 의해 상기 이동 방향의 한쪽 측에 힘을 받으면, 상기 피스톤에 상기 한쪽 측과는 반대측에 힘을 부여하는 스프링이고,
    상기 배기 통로 개폐 밸브는, 상기 컴프레서를 정지시키고 나서 다음번 기동할 때까지의 동안, 폐쇄 포지션으로 설정되는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컴프레서는, 상기 에어실의 공기를 배출하는 경우에, 상기 에어실 내의 공기를 압축하여 상기 탱크에 공급하는 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 탱크 내 또는 상기 에어실 내의 공기 압력 정보를 검지하는 압력 센서를 구비하고,
    상기 컴프레서를 기동시킬 때의 구동 주파수를 결정할 때, 상기 압력 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부세 수단은, 자연 길이를 가질 때에 중립점의 변위가 되고, 상기 피스톤의 왕복동에 따라서 상기 피스톤이 상기 중립점으로부터 상사점측에 위치할 때는 압축 상태가 되고, 상기 피스톤이 상기 중립점으로부터 하사점측에 위치할 때는 인장 상태가 되는 스프링이고,
    상기 중립점은, 상기 피스톤이 왕복동의 스트로크 중심에 위치하고 있는 경우보다 상사점측인 것을 특징으로 하는 에어 서스펜션 시스템.
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