WO2012035989A1 - リニアアクチュエータ - Google Patents

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WO2012035989A1
WO2012035989A1 PCT/JP2011/069945 JP2011069945W WO2012035989A1 WO 2012035989 A1 WO2012035989 A1 WO 2012035989A1 JP 2011069945 W JP2011069945 W JP 2011069945W WO 2012035989 A1 WO2012035989 A1 WO 2012035989A1
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WO
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linear actuator
outer tube
tube
holder
inner tube
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PCT/JP2011/069945
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French (fr)
Inventor
隆司 柿内
佐藤　浩介
Original Assignee
カヤバ工業株式会社
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Publication date
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    • H02K7/08—Structural association with bearings

Definitions

  • the present invention relates to a linear actuator.
  • JP 2007-274820A proposes a linear actuator that is mounted on a railway vehicle and generates a damping force.
  • the linear actuator includes a bottomed cylindrical outer tube and a bottomed cylindrical inner tube that is slidably inserted into the outer tube.
  • JP 2007-274820A discloses a linear actuator that is provided coaxially with an inner tube and fixed to the bottom, and a cylindrical inner rod that is provided coaxially with the outer tube and fixed to the bottom. Prepare.
  • the inner rod is provided on the inner periphery of the outer rod so as to freely advance and retract.
  • the linear actuator includes a field composed of a plurality of annular permanent magnets held in an axial direction on the outer periphery of the outer rod, and a plurality of coils opposed to the field.
  • a thrust force that relatively moves the inner tube and the outer tube in the axial direction is generated by the magnetic force between the field and the coil.
  • the linear actuator includes a position sensor that detects the relative position of the permanent magnet and the coil, and a controller that controls the magnitude and direction of the thrust by adjusting the current flowing through each coil.
  • the damping force of the linear actuator is controlled by the controller.
  • the coil is held on the inner periphery of a cylindrical holder fixed to the inner periphery of the inner tube.
  • an engagement groove with which the holder engages is formed on the inner periphery on the opening side of the inner tube.
  • the engagement groove includes a groove portion formed by expanding the inner diameter of the inner tube and coinciding with the outer periphery of the holder, and an annular step portion formed at the end of the groove portion.
  • the holder is inserted into the groove, the tip is abutted against the step, and the flange is formed with a larger diameter compared to the inner tube, and the holder is secured by connecting it to the end of the inner tube on the opening side.
  • An object of the present invention is to improve the design flexibility of a holder in a linear actuator.
  • a linear actuator of the present invention includes an outer tube and an inner tube that is slidably inserted into the outer tube, and the outer tube and the inner tube are axially arranged. Produces relative displacement.
  • the linear actuator includes a rod that stands up at an axial center portion of the inner tube and forms an annular space between the inner tube, a plurality of permanent magnets that are axially held by the rod, and a permanent magnet A holder that holds a plurality of opposing coils and is fixed to the outer tube.
  • the holder is inserted into the annular space from the distal end thereof so as to freely advance and retract, and is connected to a cylindrical coil holding portion for holding the coil on an inner periphery thereof, and a base end of the coil holding portion, and the outer tube. And a flange portion fixed to.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a linear actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a linear actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • the linear actuator 100 is a linear actuator for vibration control provided in an automobile, a railway vehicle, or the like.
  • the linear actuator 100 includes a cylindrical outer tube 1, a bottomed cylindrical inner tube 2 that is slidably inserted into the outer tube 1, and an inner tube 2 that stands on the axial center of the inner tube 2. And a rod 3 forming an annular space 31 therebetween.
  • the linear actuator 100 holds a coil 50 that is fixed to the outer tube 1 and a field 50 that is composed of a plurality of permanent magnets 40 arranged in the axial direction on the rod 3, a plurality of coils 50 that face the field 4.
  • a holder 5 The linear actuator 100 generates a thrust that relatively displaces the outer tube 1 and the inner tube 2 in the axial direction by the magnetic force between the field 4 and the coil 50.
  • the opening side into which the inner tube 2 is inserted is referred to as the distal end, and the opposite side is referred to as the proximal end.
  • the opening part side inserted in the outer tube 1 is called a front-end
  • the holder 5 includes a cylindrical coil holding portion 51 that holds the coil 50 on the inner periphery, and a flange portion 52 that is connected to the proximal end of the coil holding portion 51.
  • the holder 5 is inserted into the annular space 31 so that the tip of the coil holding portion 51 can freely advance and retract.
  • the holder 5 is fixed to the outer tube 1 via the flange portion 52.
  • the outer tube 1 and the inner tube 2 are connected to two members that move relative to each other, for example, a vehicle body and a movable body.
  • the outer tube 1 forms an outline of the linear actuator 100 together with the inner tube 2.
  • the outer tube 1 includes a trunnion mechanism 8 including a pair of support shafts 8a that are arranged to face each other and project in the radial direction.
  • the outer tube 1 is swingably supported by the vehicle body via the trunnion mechanism 8.
  • the inner tube 2 is connected to the movable body via a clevis 9 attached to the outer surface of the bottom of the base end of the outer tube 1.
  • Conventional linear actuators are provided with clevises at both ends, and are connected to the vehicle body and the movable body via the clevises.
  • the clevis 9 is provided only on one side, and the other is supported by the trunnion mechanism 8.
  • attachment property improves.
  • the attachment structure of the linear actuator 100 can be changed suitably.
  • the outer tube 1 supported by the vehicle body and the holder 5 are stators, and the inner tube 2, the rod 3 and the rod guide 6 connected to the movable body are movable elements.
  • the linear actuator 100 attenuates the vibration input to the vehicle body from the road surface by moving the stator and the mover relative to each other.
  • the outer tube 1 is formed with a cylindrical frame 10 that holds a bearing 14 that is in sliding contact with the outer periphery of the inner tube 2 on the inner periphery, and an annular support piece 13 that protrudes annularly toward the inner periphery, and a pair of outer tubes 1 on the outer periphery.
  • the bearing 14 is held by a bearing portion 10 a formed on the inner periphery of the outer tube 1.
  • the bearing 10a is formed at the end of the outer tube 1 where the inner tube 2 is inserted.
  • a base end portion of a support shaft 8 a constituting the trunnion mechanism 8 is fitted into the bracket 7 of the base 11.
  • the frame 10, the base 11, and the case 12 are arranged in series in order.
  • a frame 10 is screwed to the inner periphery of one end of the base 11, and a case 12 is screwed to the inner periphery of the other end.
  • the frame 10, the base 11, and the case 12 are connected coaxially.
  • the outer tube 1 sandwiches the flange portion 52 of the holder 5 between the annular support piece 13 of the base 11 and the frame 10. Thereby, the holder 5 is fixed to the outer tube 1.
  • the linear actuator 100 generates a thrust force that pulls the inner tube 2 into the outer tube 1, the frame 10 prevents the holder 5 from coming off.
  • a bolt 15 that prevents the base 11 and the holder 5 from rotating relative to each other passes through the annular support piece 13 and is screwed to the base 11.
  • the bolt 15 prevents the holder 5 from rotating around the axis.
  • the outer tube 1 is divided into a frame 10, a base 11, and a case 12.
  • the outer tube 1 can be easily assembled by simply screwing the frame 10 and the case 12 into the base 11.
  • the material, accuracy, etc. of the frame 10, the base 11, and the case 12 can be changed in accordance with each application. Therefore, the design freedom of the outer tube 1 is improved.
  • the frame 10 and the base 11 on which a lateral force or an axial force acts in the radial direction may be used as a high-strength member.
  • the structure of the outer tube 1 can be selected as appropriate.
  • the outer tube may be integrally formed instead of the divided structure.
  • the outer tube may be formed in two or more than four.
  • the inner tube 2 includes a movable cylindrical portion 20 that holds an annular bearing 24 that is in sliding contact with the inner periphery of the frame 10 in the outer tube 1, and one end of the movable cylindrical portion 20 that is closed and a clevis on the outer surface. 9 and a bottom 22 to which 9 is fixed.
  • the bearing 24 is held by a bearing portion 20 a formed on the movable cylindrical portion 20.
  • the bearing portion 20 a is formed on the outer periphery of the end portion inserted into the outer tube 1 in the movable cylindrical portion 20.
  • the inner tube 2 Since the inner tube 2 is supported by the bearing 14 and the bearing 24 and slides on the inner periphery of the outer tube 1, the inner tube 2 moves forward and backward in the outer tube 1 while ensuring sufficient rigidity against the lateral force acting in the radial direction. Is possible.
  • the rod 3 stands on the axial center portion of the inner tube 2, and the base end thereof is fixed to the inner surface of the bottom portion 22 of the inner tube 2.
  • the rod 3 penetrates the axial center hollow part of the holder 5 fixed to the inner periphery of the outer tube 1 in the axial direction.
  • the rod 3 is formed in a cylindrical shape, and has a field 4 made up of a plurality of permanent magnets 40 arranged and held in the hollow portion in the axial direction.
  • the rod 3 is configured to stand upright at the axial center portion of the inner tube 2, the strain is transmitted to the rod 3 even when a lateral force acts in the radial direction and the inner tube 2 is distorted. There is no. Therefore, it is possible to prevent the permanent magnet 40 from being damaged due to the distortion of the inner tube 2.
  • the permanent magnet 40 is formed in a rod shape.
  • the permanent magnet 40 is magnetized so that the N pole and the S pole are positioned in the axial direction.
  • Adjacent permanent magnets 40 are accommodated in the rod 3 side by side in the axial direction with the same poles facing each other.
  • a yoke 41 is disposed between the adjacent permanent magnets 40.
  • the configuration of the permanent magnet 40 is not limited to the above, and an annular permanent magnet in which the N pole and the S pole are positioned in the axial direction, or an annular permanent magnet that is polarized on the inner circumference and the outer circumference, You may attach to. That is, the permanent magnet 40 only needs to be configured so that the N pole and the S pole are alternately positioned along the axial direction of the rod 3. Moreover, the yoke 41 does not necessarily need to be provided.
  • the rod guide 6 whose outer periphery is in sliding contact with the inner periphery of the case 12 in the outer tube 1 is held at the tip of the rod 3.
  • the rod guide 6 prevents the rod 3 from swinging and interfering with the holder 5 when the linear actuator 100 is expanded and contracted, and is held by the permanent magnet 40 and the holder 5 accommodated in the rod 3.
  • the distance from the coil 50 to be applied is kept constant. Therefore, the linear actuator 100 can generate a thrust stably.
  • the rod guide 6 prevents the permanent magnet 40 from interfering with the holder 5.
  • the holder 5 includes a cylindrical coil holding portion 51 that holds a plurality of coils 50 facing the permanent magnet 40 on the inner periphery, and a flange portion 52 that is sandwiched between the annular support piece 13 and the frame 10 in the outer tube 1.
  • the coil holding part 51 advances and retreats in the annular space 31 formed between the rod 3 and the inner tube 2 with relative displacement between the outer tube 1 and the inner tube 2. Further, a predetermined gap 32 exists between the outer periphery of the coil holding part 51 and the inner periphery of the inner tube 2. Thereby, even when a radial load acts on the inner tube 2 and the inner tube 2 is distorted, the distortion is prevented from being transmitted to the coil holding portion 51.
  • the inner tube 2 is distorted in both the rod 3 that holds the permanent magnet 40 and the coil holding part 51 that holds the coil 50. Is not transmitted, the distance between the permanent magnet 40 and the coil 50 is kept constant, and the linear actuator 100 can generate a stable thrust.
  • the size of the gap 32 can be appropriately set within a range in which the distortion of the inner tube 2 can be prevented from being transmitted to the coil holding portion 51.
  • the coil 50 is positioned within the range of the axial length of the field 4 within the stroke range of the rod 3 in the linear actuator 100, and is arranged so as to always face the field 4. This prevents the linear actuator 100 from becoming insufficient in thrust.
  • the number of coils 50 is set to a number suitable for the thrust generated by the linear actuator 100 and the energization method.
  • the flange portion 52 is connected to the proximal end of the coil holding portion 51.
  • the flange portion 52 does not hold the coil 50, and the outer periphery thereof matches the inner periphery of the base 11 in the outer tube 1.
  • the outer periphery of the flange portion 52 and the inner periphery of the base 11 are matched, and the holder 5 and the outer tube 1 are arranged coaxially.
  • An annular surface where the outer periphery of the flange portion 52 and the inner periphery of the base 11 coincide is referred to as a reference surface 30.
  • the inner peripheral surface of the coil holding portion 51 is formed in the holder 5 so as to be coaxial with the reference surface 30.
  • the coil 50 held on the inner periphery of the coil holding part 51 is arranged coaxially with the reference plane 30.
  • the base 11 includes a screwing portion on the frame 10 side and a screwing portion on the case 12 side that are arranged coaxially with the reference surface 30.
  • the frame 10 and the case 12 are screwed into each screwed portion of the base 11, and the frame 10, the base 11, and the case 12 are arranged coaxially.
  • the inner tube 2 is slidably contacted with the inner periphery of the frame 10, and the rod 3 is erected on the axial center portion of the inner tube 2, thereby arranging the inner tube 2 and the rod 3 coaxially with the reference plane 30. Is possible.
  • the surface where the outer periphery of the flange portion 52 and the inner periphery of the base 11 coincide with each other is used as the reference surface 30, and each component is arranged coaxially by designing each component using the reference surface 30 as a reference. Becomes easy.
  • the inner circumference of the groove portion of the inner tube coincides with the outer circumference of the holder, and this coincident surface is the reference plane.
  • the reference surface is formed over the entire length of the holder, the area of the reference surface is large, and it is difficult to process the inner tube and the holder.
  • the linear actuator 100 since the reference surface 30 is formed only on the outer periphery of the flange portion 52 of the holder 5, the area of the reference surface 30 is small. Therefore, the processing of the linear actuator 100 is easy.
  • the holder 5 is fixed to the outer tube 1 by sandwiching the flange portion 52 between the frame 10 and the base 11. Therefore, the load for fixing the holder 5 to the outer tube 1 acts only on the flange portion 52 and does not act on the coil holding portion 51. Therefore, only the flange portion 52 may be formed of a high-strength member that can withstand the load at the time of fixing. Therefore, the design freedom of the holder 5 is improved as compared with the conventional case.
  • a sensor unit 53 that detects the relative position between the coil 50 and the permanent magnet 40 is embedded in the flange portion 52.
  • the linear actuator 100 is equipped with a controller (not shown) as control means.
  • the controller controls the magnitude and direction of the current supplied to the coil 50 based on the relative position information of the coil 50 and the permanent magnet 40 detected by the sensor unit 53. In this way, the thrust generated by the linear actuator 100 and the direction in which the thrust is generated are controlled.
  • the linear actuator 100 may not be mounted with a controller, and the thrust generated by the linear actuator 100 and the direction in which the thrust is generated may be controlled by a controller mounted on the vehicle.
  • the sensor unit 53 on the flange portion 52 of the holder 5, it is not necessary to separately provide the sensor unit 53 outside the linear actuator 100. Further, since the coil 50 is not provided in the flange portion 52 where the sensor unit 53 is provided, a magnetic sensor or the like can be used for the sensor unit 53.
  • the position where the sensor unit 53 is provided is not limited to the above, and can be selected as appropriate.
  • the flange that holds the built-in coil is in contact with the bearing portion of the outer tube at the maximum extension, and is in contact with the bottom portion of the outer tube at the maximum contraction.
  • the force due to contact when the linear actuator 100 restricts the most contracted time and the most extended time is not transmitted to the coil 50 or the coil holding portion 51. Since the flange portion 52 that does not hold the coil 50 serves as a stopper, only the flange portion 52 may be formed to have a strength that can withstand the force caused by the contact at the time of the most contraction.
  • the intake / exhaust hole 55 is formed in the rod guide 6.
  • a communication hole 56 is formed in each of the movable cylindrical portion 20 of the inner tube 2 and the flange portion 52 of the holder 5.
  • the position and quantity of the intake / exhaust hole 55 and the communication hole 56 are appropriately selected as long as the linear actuator 100 can be expanded and contracted and the volume change in the linear actuator 100 accompanying the expansion and contraction operation can be compensated.
  • the holder 5 has a cylindrical coil holding portion 51 that holds the coil 50 on the inner periphery, and a flange portion 52 that does not hold the coil 50.
  • the holder 5 is fixed to the outer tube 1 by sandwiching the flange portion 52 between the frame 10 and the base 11. Therefore, the load for fixing the holder 5 to the outer tube 1 acts only on the flange portion 52 and does not act on the coil holding portion 51. Therefore, it is only necessary to form only the flange portion 52 with a high-strength member capable of withstanding the load, and the design freedom of the holder 5 is improved as compared with the conventional case.
  • the linear actuator 200 is different from the linear actuator 100 in the mounting structure to the vehicle body, the mounting structure of the holder 5, and the configuration of the outer tube 201.
  • the outer tube 201 is formed in a bottomed cylindrical shape having an opening into which the inner tube 2 is inserted.
  • the outer tube 201 includes a cylindrical portion 210 formed in a cylindrical shape, and a bottom portion 16 that closes one end of the cylindrical portion 210.
  • a clevis 9 for connecting to the vehicle body is provided on the outer surface of the bottom portion 16. Both ends of the linear actuator 200 are connected to the vehicle body and the movable body by the clevis 9 at the bottom 16 and the clevis 9 provided on the inner tube 2. Thereby, it is possible to attenuate the vibration from the road surface input to the vehicle body by expanding and contracting the linear actuator 200.
  • the cylindrical portion 210 includes a frame portion 210a in which the inner tube 2 is slidably in contact with the inner periphery, a base portion 210b in which the outer periphery of the flange portion 52 of the holder 5 is aligned with the inner periphery, and an outer periphery of the rod guide 6 in sliding contact with the inner periphery. And a case portion 210c.
  • the frame part 210a, the base part 210b, and the case part 210c are formed coaxially.
  • the inner periphery of the frame part 210a is formed with a smaller diameter than the inner periphery of the base part 210b and the case part 210c.
  • An annular step 213 is formed at the boundary between the frame portion 210a and the base portion 210b.
  • the flange portion 52 of the holder 5 is fixed to the step portion 213 by a bolt 15a.
  • the bolt 15a serves as both a holder and a rotation stopper for the holder 5. In this case, since the bolt 15a requires higher strength than the bolt 15 of FIG. 1 used only for stopping rotation, it is necessary to increase the bolt diameter or the number of bolts.
  • the annular surface where the inner periphery of the base portion 210b and the outer periphery of the flange portion 52 of the holder 5 coincide with each other is used as the reference surface 30, and each component is designed based on the reference surface 30. Thereby, like the linear actuator 100, it becomes possible to arrange each component coaxially. Further, since the area of the reference surface 30 can be reduced as compared with the conventional linear actuator, the processing of the linear actuator 200 is easy.
  • the holder 5 is fixed to the outer tube 201 by the fastening of the bolt 15a. Therefore, the load for fixing the holder 5 to the outer tube 1 acts only on the flange portion 52 and does not act on the coil holding portion 51. Therefore, it is only necessary to form only the flange portion 52 with a high-strength member capable of withstanding the load, and the design freedom of the holder 5 is improved as compared with the conventional case.
  • the base portion 210b and the case portion 210c are formed to have the same inner diameter. That is, the inner periphery of the case portion 210 c is also formed so as to coincide with the outer periphery of the flange portion 52 of the holder 5.
  • the linear actuator 200 is assembled by inserting the holder 5 from the opening of the case part 210c with the bottom 16 removed.
  • the inner diameter of the case part 210c may be formed larger than the base part 210b. In this case, since the outer periphery of the flange portion 52 does not coincide with the inner periphery of the case portion 210c, the processing accuracy of the case portion 210c is not required. Therefore, the processing of the outer tube 201 is easy.
  • an intake / exhaust hole 55 is formed in the bottom portion 16 of the outer tube 201, and communication holes 56 are formed in the rod guide 6, the tubular portion 210 of the inner tube 2, and the flange portion 52 of the holder 5.
  • the linear actuator 200 expands and contracts, air is supplied to and discharged from the linear actuator 200 through the intake / exhaust hole 55, and air in the linear actuator 200 moves through the communication hole 56. Thereby, the expansion / contraction operation

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Abstract

　リニアアクチュエータは、アウターチューブと、前記アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるインナーチューブとを備える。リニアアクチュエータは、前記インナーチューブの軸心部に起立して前記インナーチューブとの間に環状空間を形成するロッドと、前記ロッドに軸方向に並べて保持される複数の永久磁石と、前記永久磁石に対向する複数のコイルを保持して前記アウターチューブに固定されるホルダとを備える。前記ホルダは、その先端から前記環状空間内に進退自在に挿入され、その内周に前記コイルを保持する筒状のコイル保持部と、前記コイル保持部の基端に連設され、前記アウターチューブに固定されるフランジ部とを備える。

Description

リニアアクチュエータ
　本発明は、リニアアクチュエータに関する。
　ＪＰ２００７－２７４８２０Ａは、鉄道車両に搭載されて減衰力を発生するリニアアクチュエータを提案している。このリニアアクチュエータは、有底円筒状のアウターチューブと、アウターチューブ内に摺動自在に挿入される有底円筒状のインナーチューブとを備えている。
　ＪＰ２００７－２７４８２０Ａに開示のリニアアクチュエータは、インナーチューブと同軸に設けられて底部に固定される円柱状のインナーロッドと、アウターチューブと同軸に設けられて底部に固定される円筒状のアウターロッドとを備える。インナーロッドは、アウターロッドの内周に進退自在に設けられる。
　リニアアクチュエータは、アウターロッドの外周に軸方向に並べて保持される複数の環状永久磁石からなる界磁と、この界磁に対向する複数のコイルとを備える。このリニアアクチュエータでは、界磁とコイルとの間の磁力によって、インナーチューブとアウターチューブとを軸方向に相対移動させる推力を発生している。
　リニアアクチュエータは、永久磁石とコイルとの相対位置を検出する位置センサと、各コイルに流れる電流を調整して推力の大きさと方向とを制御するコントローラを備える。リニアアクチュエータの減衰力は、コントローラによって制御される。
　コイルは、インナーチューブの内周に固定される円筒状のホルダの内周に保持されている。具体的には、インナーチューブの開口側の内周に、ホルダが係合する係合溝が形成される。係合溝は、インナーチューブの内径が拡径されて形成されホルダの外周と符合する溝部と、溝部の終端に形成される環状の段部とからなる。
　ホルダは、溝部に嵌挿されて先端が段部に突き当てられ、外周がインナーチューブと比較して大径に形成されるフランジをインナーチューブの開口側の端部に結合することで抜け止めされる。
　リニアアクチュエータの最伸長時には、フランジは、アウターチューブの開口部の内周に設けられる軸受部に当接する。この軸受部には、インナーチューブの外周に摺接する軸受が保持される。一方、リニアアクチュエータの最収縮時には、フランジは、アウターチューブの底部に当接する。これにより、リニアアクチュエータにおけるインナーロッドのストロークが規制される。
　ＪＰ２００７－２７４８２０Ａのリニアアクチュエータでは、コイルを保持するホルダがインナーチューブの段部とフランジとの間に挟持されるため、フランジが締結されることによる荷重がホルダに作用する。そのため、ホルダ全体が圧迫され、ホルダに保持されたコイルが位置ずれを生じるおそれがあった。フランジを締結するための荷重に抗してコイルの同軸性を維持するには、ホルダ全体を荷重に耐え得る高強度部材とする必要があり、ホルダの設計自由度が低かった。
　本発明の目的は、リニアアクチュエータにおけるホルダの設計自由度を向上することである。
　以上の目的を達成するために、本発明のリニアアクチュエータは、アウターチューブと、前記アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるインナーチューブとを備え、前記アウターチューブと前記インナーチューブとを軸方向に相対変位させる推力を発生する。リニアアクチュエータは、前記インナーチューブの軸心部に起立して前記インナーチューブとの間に環状空間を形成するロッドと、前記ロッドに軸方向に並べて保持される複数の永久磁石と、前記永久磁石に対向する複数のコイルを保持して前記アウターチューブに固定されるホルダとを備える。前記ホルダは、その先端から前記環状空間内に進退自在に挿入され、その内周に前記コイルを保持する筒状のコイル保持部と、前記コイル保持部の基端に連設され、前記アウターチューブに固定されるフランジ部とを備える。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態によるリニアアクチュエータの縦断面図である。 図２は、本発明の第二の実施の形態によるリニアアクチュエータの縦断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の第一の実施の形態によるリニアアクチュエータ１００について説明する。
　まず、図１を参照して、リニアアクチュエータ１００の構成について説明する。
　リニアアクチュエータ１００は、自動車や鉄道車両等に設けられる制振用リニアアクチュエータである。リニアアクチュエータ１００は、円筒状のアウターチューブ１と、アウターチューブ１内に摺動自在に挿入される有底円筒状のインナーチューブ２と、インナーチューブ２の軸心部に起立してインナーチューブ２との間に環状空間３１を形成するロッド３とを備える。
　リニアアクチュエータ１００は、ロッド３に軸方向に並べて保持される複数の永久磁石４０からなる界磁４と、界磁４に対向する複数のコイル５０と、アウターチューブ１に固定されコイル５０を保持するホルダ５とを備える。リニアアクチュエータ１００は、界磁４とコイル５０との間の磁力によって、アウターチューブ１とインナーチューブ２とを軸方向に相対変位させる推力を発生する。
　なお、以下の説明では、アウターチューブ１とその関連部材については、インナーチューブ２が挿入される開口部側を先端、反対側を基端と称する。同様に、インナーチューブ２とその関連部材については、アウターチューブ１に挿入される開口部側を先端、反対側を基端と称する。
　ホルダ５は、コイル５０を内周に保持する円筒状のコイル保持部５１と、コイル保持部５１の基端に連設されるフランジ部５２とを備える。ホルダ５は、コイル保持部５１の先端が環状空間３１に進退自在に挿入される。ホルダ５は、フランジ部５２を介してアウターチューブ１に固定される。
　以下、リニアアクチュエータ１００の各構成部品について詳細に説明する。
　アウターチューブ１とインナーチューブ２とは、相対移動する二つの部材、例えば車体と可動体とにそれぞれ連結される。
　アウターチューブ１は、インナーチューブ２とともにリニアアクチュエータ１００の外郭を形成する。アウターチューブ１は、各々対向して配置されて径方向に突出する一対の支持軸８ａからなるトラニオン機構８を備える。アウターチューブ１は、トラニオン機構８を介して車体に揺動可能に支持される。
　インナーチューブ２は、アウターチューブ１の基端の底部外面に取り付けられるクレビス９を介して可動体に連結される。
　従来のリニアアクチュエータは、その両端にクレビスが設けられ、クレビスを介して車体と可動体とにそれぞれ連結されていた。
　これに対して、リニアアクチュエータ１００では、クレビス９は一方にのみ設けられ、トラニオン機構８によって他方が支持される。これにより、リニアアクチュエータ１００の取り付け長を短くすることができるため、取り付け性が向上する。これに限らず、リニアアクチュエータ１００の取付構造は、適宜変更することが可能である。
　リニアアクチュエータ１００では、車体に支持されるアウターチューブ１とホルダ５とが固定子であり、可動体に連結されるインナーチューブ２とロッド３とロッドガイド６とが可動子である。リニアアクチュエータ１００は、固定子と可動子とを相対移動させることによって、路面から車体に入力される振動を減衰する。
　アウターチューブ１は、インナーチューブ２の外周に摺接する軸受１４を内周に保持する円筒状のフレーム１０と、内周に向けて環状に突出する環状支持片１３が形成されるとともに外周に一対のブラケット７が形成される円筒状のベース１１と、内周にロッドガイド６の外周が摺接する円筒状のケース１２とを備える。
　軸受１４は、アウターチューブ１の内周に形成される軸受部１０ａに保持される。軸受部１０ａは、アウターチューブ１におけるインナーチューブ２が挿入される端部に形成される。ベース１１のブラケット７には、トラニオン機構８を構成する支持軸８ａの基端部が嵌挿される。
　フレーム１０とベース１１とケース１２とは、順に直列に配置される。ベース１１の一端の内周にはフレーム１０が螺合し、他端の内周にはケース１２が螺合している。これにより、フレーム１０とベース１１とケース１２とが同軸に連結される。
　アウターチューブ１は、ベース１１の環状支持片１３とフレーム１０との間で、ホルダ５のフランジ部５２を挟持する。これにより、ホルダ５は、アウターチューブ１に固定される。リニアアクチュエータ１００において、インナーチューブ２をアウターチューブ１内に引き込む推力を発生したときには、フレーム１０がホルダ５の抜けを防止する。
　ベース１１には、ベース１１とホルダ５とが相対回転することを防止するボルト１５が、環状支持片１３を貫通して螺合する。このボルト１５によって、ホルダ５が軸周りに回転することを防止している。
　アウターチューブ１は、フレーム１０とベース１１とケース１２とに分割されている。アウターチューブ１は、フレーム１０とケース１２とをベース１１に螺合するだけで容易に組立が可能である。フレーム１０とベース１１とケース１２とは、それぞれの用途に合わせて材料や精度などを変更することが可能である。そのため、アウターチューブ１の設計自由度が向上する。
　例えば、リニアアクチュエータ１００では、径方向に横力や軸力が作用するフレーム１０及びベース１１のみを高強度部材としてもよい。
　なお、アウターチューブ１の構成は、適宜選択することが可能である。例えば、アウターチューブを分割構造ではなく一体に形成してもよい。また、アウターチューブを二分割や四分割以上に形成してもよい。
　インナーチューブ２は、図１に示すように、アウターチューブ１におけるフレーム１０の内周に摺接する環状の軸受２４を保持する可動円筒部２０と、可動円筒部２０の一端を閉塞して外面にクレビス９が固定される底部２２とを備える。軸受２４は、可動円筒部２０に形成される軸受部２０ａに保持される。軸受部２０ａは、可動円筒部２０におけるアウターチューブ１に挿入される端部の外周に形成される。
　インナーチューブ２は、軸受１４と軸受２４とによって支持されてアウターチューブ１の内周を摺動するため、径方向に作用する横力に対して充分な剛性を確保しながらアウターチューブ１内を進退することが可能である。
　ロッド３は、インナーチューブ２の軸心部に起立し、その基端がインナーチューブ２の底部２２の内面に固定される。ロッド３は、アウターチューブ１の内周に固定されるホルダ５の軸心中空部を軸方向に貫通する。ロッド３は、円筒状に形成され、その中空部に軸方向に並べて保持される複数の永久磁石４０からなる界磁４を有する。
　このように、インナーチューブ２の軸心部にロッド３が起立するように構成したため、径方向に横力が作用してインナーチューブ２が歪んだ場合においても、歪みがロッド３に伝達されることはない。よって、インナーチューブ２の歪みに起因して永久磁石４０が破損することを防止できる。
　永久磁石４０は、棒状に形成される。永久磁石４０は、その軸方向にＮ極とＳ極とが位置するように着磁される。隣り合う永久磁石４０は、同極どうしが対向した状態でロッド３内に軸方向に並べて収容される。隣り合う永久磁石４０の間には、継鉄４１が配設される。
　なお、永久磁石４０の構成は上記の限りではなく、軸方向にＮ極とＳ極とが位置する環状の永久磁石や、内周と外周とに分極する環状の永久磁石を、ロッド３の外周に取り付けてもよい。即ち、永久磁石４０は、ロッド３の軸方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に位置するように構成されていればよい。また、継鉄４１は、必ずしも設ける必要はない。
　ロッド３の先端には、アウターチューブ１におけるケース１２の内周に外周が摺接するロッドガイド６が保持される。ロッドガイド６が設けられることで、インナーチューブ２の摺動に伴いロッド３がアウターチューブ１内を軸方向に移動する際に、ロッド３の先端が径方向に振れることを防止できる。つまり、ロッド３の横振れを防止できる。
　このように、ロッドガイド６は、リニアアクチュエータ１００の伸縮の際に、ロッド３が横振れしてホルダ５に干渉することを防止し、ロッド３内に収容される永久磁石４０とホルダ５に保持されるコイル５０との距離を一定に保つ。よって、リニアアクチュエータ１００は、安定的に推力を発生することが可能となる。永久磁石４０がロッド３の外周に保持される構成の場合には、ロッドガイド６は、永久磁石４０がホルダ５に干渉することを防止する。
　ホルダ５は、永久磁石４０に対向する複数のコイル５０を内周に保持する円筒状のコイル保持部５１と、アウターチューブ１における環状支持片１３とフレーム１０との間に挟持されるフランジ部５２とを備える。
　コイル保持部５１は、アウターチューブ１とインナーチューブ２との相対変位に伴って、ロッド３とインナーチューブ２との間に形成された環状空間３１内を進退する。また、コイル保持部５１の外周とインナーチューブ２の内周との間には、所定の隙間３２が存在する。これにより、インナーチューブ２に径方向の荷重が作用してインナーチューブ２が歪んだ場合でも、その歪みがコイル保持部５１に伝わることが防止される。
　したがって、インナーチューブ２に径方向の荷重が作用してインナーチューブ２が歪んだ場合でも、永久磁石４０を保持するロッド３とコイル５０を保持するコイル保持部５１との双方にインナーチューブ２の歪みが伝達されないため、永久磁石４０とコイル５０との間隔が一定に保たれ、リニアアクチュエータ１００が安定的な推力を発生することが可能となる。
　なお、隙間３２の大きさは、インナーチューブ２の歪みをコイル保持部５１に伝達することを防止可能な範囲において適宜設定することが可能である。
　コイル５０は、リニアアクチュエータ１００におけるロッド３のストローク範囲内において、界磁４の軸方向長さの範囲内に位置して、常に界磁４に対向するように配置される。これにより、リニアアクチュエータ１００が推力不足となることを防止している。
　なお、図１には、六個のコイル５０が示されているが、この限りではなく、コイル５０の数は、リニアアクチュエータ１００が発生する推力や通電方法に適した数に設定される。
　フランジ部５２は、コイル保持部５１の基端に連設される。フランジ部５２は、コイル５０を保持せず、その外周がアウターチューブ１におけるベース１１の内周に符合する。フランジ部５２の外周とベース１１の内周とを符合させ、ホルダ５とアウターチューブ１とを同軸に配置する。フランジ部５２の外周とベース１１の内周とが符合する環状の面を基準面３０とする。
　ホルダ５は、基準面３０と同軸となるようにコイル保持部５１の内周面が形成される。これにより、コイル保持部５１の内周に保持されるコイル５０は、基準面３０と同軸に配置される。
　ベース１１は、基準面３０と同軸に配置されるフレーム１０側の螺合部とケース１２側の螺合部とを備える。ベース１１の各螺合部にフレーム１０とケース１２とが螺合して、フレーム１０とベース１１とケース１２とが同軸に配置される。
　そして、フレーム１０の内周にインナーチューブ２を摺接させ、インナーチューブ２の軸心部にロッド３を起立させることにより、インナーチューブ２とロッド３とを、基準面３０と同軸に配置することが可能となる。
　以上より、フランジ部５２の外周とベース１１の内周とが符合する面を基準面３０として、基準面３０を基準として各構成部品の設計を行うことによって、各構成部品を同軸に配置することが容易となる。
　しかしながら、フランジ部５２の外周とベース１１の内周とが符合せずに軸ずれが生じた場合には、各構成部品にも軸ずれが生じるという不具合が生じるおそれがある。そのため、要求される同軸性を満たす程度に、フランジ部５２の外周とベース１１の内周とを精密に加工する必要がある。
　従来のリニアアクチュエータでは、インナーチューブの溝部の内周とホルダの外周とが符合し、この符合面が基準面であった。このリニアアクチュエータでは、ホルダの全長に渡って基準面が形成されるため、基準面の面積が大きく、インナーチューブ及びホルダの加工が困難であった。
　これに対して、リニアアクチュエータ１００では、基準面３０がホルダ５のフランジ部５２の外周のみに形成されるため、基準面３０の面積が小さい。よって、リニアアクチュエータ１００の加工が容易である。
　ホルダ５は、フレーム１０とベース１１との間にフランジ部５２が挟持されることによって、アウターチューブ１に固定される。そのため、ホルダ５をアウターチューブ１に固定するための荷重は、フランジ部５２のみに作用して、コイル保持部５１には作用しない。よって、フランジ部５２のみを固定時の荷重に耐え得る高強度部材で形成すればよい。したがって、従来と比較してホルダ５の設計自由度が向上する。
　フランジ部５２には、コイル５０と永久磁石４０との相対位置を検出するセンサユニット５３が埋め込まれる。
　リニアアクチュエータ１００には、制御手段としての図示しないコントローラが搭載される。コントローラは、センサユニット５３にて検出されたコイル５０と永久磁石４０との相対位置情報に基づいて、コイル５０に通電する電流の大きさと方向を制御する。このようにして、リニアアクチュエータ１００が発生する推力と推力の発生方向が制御される。なお、リニアアクチュエータ１００にコントローラを搭載せず、リニアアクチュエータ１００が発生する推力と推力の発生方向とを、車両に搭載されたコントローラによって制御するようにしてもよい。
　このように、センサユニット５３をホルダ５のフランジ部５２に設けることによって、センサユニット５３をリニアアクチュエータ１００の外部に別途設ける必要が無い。また、センサユニット５３が設けられるフランジ部５２にはコイル５０が設けられていないため、センサユニット５３に磁気センサなどを使用することが可能となる。なお、センサユニット５３が設けられる位置は、上記の限りではなく、適宜選択することが可能である。
　従来のリニアアクチュエータでは、内蔵されたコイルを押さえるフランジが、最伸長時にはアウターチューブの軸受部と当接し、最収縮時にはアウターチューブの底部と当接していた。この場合、コイルを保持するホルダを、アウターチューブの底部との当接による力が作用してもコイルの同軸性を維持可能な強度に形成する必要があった。
　これに対して、リニアアクチュエータ１００の最収縮時には、フランジ部５２がインナーチューブ２の軸受部２０ａと当接して、それ以上の収縮を規制する。一方、リニアアクチュエータ１００の最伸長時には、インナーチューブ２の軸受部２０ａがアウターチューブ１の軸受部１０ａと当接して、それ以上の伸張を規制する。
　よって、リニアアクチュエータ１００において最収縮時と最伸長時とを規制するときの当接による力が、コイル５０やコイル保持部５１に伝達されることはない。コイル５０を保持していないフランジ部５２がストッパとなるため、フランジ部５２のみを最収縮時の当接による力に耐え得る強度に形成すればよい。
　ロッドガイド６には、吸排孔５５が形成される。インナーチューブ２の可動円筒部２０と、ホルダ５のフランジ部５２には、連通孔５６がそれぞれ形成される。リニアアクチュエータ１００が伸縮作動する際には、吸排孔５５を通じてリニアアクチュエータ１００内に対して空気が出入りするとともに、連通孔５６を通じてリニアアクチュエータ１００内の空気が移動する。これにより、リニアアクチュエータ１００の伸縮作動が円滑に行われる。
　吸排孔５５及び連通孔５６を設ける位置及び数量は、リニアアクチュエータ１００の伸縮作動を可能にし、かつその伸縮作動に伴うリニアアクチュエータ１００内の容積変化を補償し得る限りにおいて適宜選択される。
　以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
　ホルダ５は、内周にコイル５０を保持する円筒状のコイル保持部５１と、コイル５０を保持しないフランジ部５２とを有する。ホルダ５は、フレーム１０とベース１１との間にフランジ部５２が挟持されることによって、アウターチューブ１に固定される。そのため、ホルダ５をアウターチューブ１に固定するための荷重は、フランジ部５２のみに作用して、コイル保持部５１には作用しない。よって、フランジ部５２のみを荷重に耐え得る高強度部材で形成すればよく、従来と比較してホルダ５の設計自由度が向上する。
　次に、図２を参照して、本発明の第二の実施の形態によるリニアアクチュエータ２００について説明する。以下では、上述した第一の実施の形態によるリニアアクチュエータ１００と異なる点を中心に説明し、リニアアクチュエータ１００と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　リニアアクチュエータ２００は、リニアアクチュエータ１００とは、車体への取付構造と、ホルダ５の取付構造と、アウターチューブ２０１の構成とが相違する。
　アウターチューブ２０１は、インナーチューブ２が挿入される開口部を有する有底円筒状に形成される。アウターチューブ２０１は、筒状に形成される筒状部２１０と、筒状部２１０の一方の端部を閉塞する底部１６とを備える。
　底部１６の外面には、車体に連結するためのクレビス９が設けられる。リニアアクチュエータ２００は、底部１６のクレビス９と、インナーチューブ２に設けられるクレビス９とによって、両端が車体と可動体とにそれぞれ連結される。これにより、リニアアクチュエータ２００を伸縮させることによって、車体に入力される路面からの振動を減衰することが可能である。
　筒状部２１０は、インナーチューブ２が内周に摺接するフレーム部２１０ａと、内周にホルダ５のフランジ部５２の外周が符合するベース部２１０ｂと、内周にロッドガイド６の外周が摺接するケース部２１０ｃとを有する。
　フレーム部２１０ａとベース部２１０ｂとケース部２１０ｃとは、同軸に形成される。フレーム部２１０ａの内周は、ベース部２１０ｂとケース部２１０ｃとの内周と比較して小径に形成される。フレーム部２１０ａとベース部２１０ｂとの境界には、環状の段部２１３が形成される。
　段部２１３には、ホルダ５のフランジ部５２がボルト１５ａによって固定される。このボルト１５ａは、ホルダ５の抜け止めと回転止めとを兼ねている。この場合、ボルト１５ａは、回転止めにのみ利用される図１のボルト１５と比較して高い強度を必要とするため、ボルト径を太くしたり本数を増やしたりする必要がある。
　ベース部２１０ｂの内周とホルダ５のフランジ部５２の外周とが符合する環状の面を基準面３０とし、基準面３０を基準として各構成部品が設計される。これによりリニアアクチュエータ１００と同様に、各構成部品を同軸に配置することが可能となる。また、従来のリニアアクチュエータと比較して基準面３０の面積を小さくすることが可能であるため、リニアアクチュエータ２００の加工が容易である。
　リニアアクチュエータ２００では、ホルダ５は、フランジ部５２がボルト１５ａの締結によってアウターチューブ２０１に固定される。そのため、ホルダ５をアウターチューブ１に固定するための荷重は、フランジ部５２のみに作用して、コイル保持部５１には作用しない。よって、フランジ部５２のみを荷重に耐え得る高強度部材で形成すればよく、従来と比較してホルダ５の設計自由度が向上する。
　アウターチューブ２０１では、ベース部２１０ｂとケース部２１０ｃとは、同一の内径に形成される。即ち、ケース部２１０ｃの内周もまた、ホルダ５のフランジ部５２の外周と符合するように形成される。リニアアクチュエータ２００は、底部１６を取り外した状態で、ケース部２１０ｃの開口部からホルダ５を挿入することによって組み立てられる。
　ケース部２１０ｃの内径を、ベース部２１０ｂと比較して大径に形成してもよい。この場合、ケース部２１０ｃの内周にはフランジ部５２の外周が符合しないため、ケース部２１０ｃの加工精度は要求されない。よって、アウターチューブ２０１の加工が容易である。
　リニアアクチュエータ２００では、アウターチューブ２０１の底部１６に吸排孔５５が形成され、ロッドガイド６とインナーチューブ２の筒状部２１０とホルダ５のフランジ部５２とに、連通孔５６がそれぞれ形成される。リニアアクチュエータ２００が伸縮作動する際には、吸排孔５５を通じてリニアアクチュエータ２００内に対して空気が給排されるとともに、連通孔５６を通じてリニアアクチュエータ２００内の空気が移動する。これにより、リニアアクチュエータ２００の伸縮作動が円滑に行われる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は、２０１０年９月１６日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－２０７５７８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
　この発明の実施例が包含する排他的性質又は特徴は、以下のようにクレームされる。

Claims (8)

  1. 　アウターチューブと、前記アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるインナーチューブと、を備え、前記アウターチューブと前記インナーチューブとを軸方向に相対変位させる推力を発生するリニアアクチュエータであって、
    　前記インナーチューブの軸心部に起立して前記インナーチューブとの間に環状空間を形成するロッドと、
    　前記ロッドに軸方向に並べて保持される複数の永久磁石と、
    　前記永久磁石に対向する複数のコイルを保持して前記アウターチューブに固定されるホルダと、を備え、
    　前記ホルダは、
    　その先端から前記環状空間内に進退自在に挿入され、その内周に前記コイルを保持する筒状のコイル保持部と、
    　前記コイル保持部の基端に連設され、前記アウターチューブに固定されるフランジ部と、を備えるリニアアクチュエータ。
  2. 　請求項１に記載のリニアアクチュエータであって、
    　前記フランジ部の外周は、前記アウターチューブの内周に符合するリニアアクチュエータ。
  3. 　請求項１に記載のリニアアクチュエータであって、
    　前記アウターチューブは、前記インナーチューブが挿入される端部の内周に前記インナーチューブの外周に摺接する軸受を保持する軸受部を有し、
    　前記インナーチューブは、前記アウターチューブに挿入される端部の外周に前記アウターチューブの内周に摺接する軸受を保持する軸受部を有し、
    　前記インナーチューブの軸受部が、前記アウターチューブの軸受部と当接すると、それ以上の伸長が規制され、
    　前記インナーチューブの軸受部が前記フランジ部と当接すると、それ以上の収縮が規制されるリニアアクチュエータ。
  4. 　請求項１に記載のリニアアクチュエータであって、
    　前記ロッドの基端は、前記インナーチューブに固定され、
    　前記ロッドの先端は、前記アウターチューブの内周に外周が摺接するロッドガイドを保持するリニアアクチュエータ。
  5. 　請求項４に記載のリニアアクチュエータであって、
    　前記アウターチューブは、その内周に前記軸受を保持する筒状のフレームと、内周に突出する環状支持片が形成されるベースと、を備え、前記フレームと前記環状支持片とによって前記ホルダを挟持するリニアアクチュエータ。
  6. 　請求項５に記載のリニアアクチュエータであって、
    　前記アウターチューブは、前記ベースに螺合する筒状のケースを備え、前記ケースの内周に前記ロッドガイドの外周が摺接するリニアアクチュエータ。
  7. 　請求項５に記載のリニアアクチュエータであって、
    　前記インナーチューブの基端に取り付けられるクレビスと、
    　前記アウターチューブに取り付けられ、各々対向して配置されて径方向に突出する一対の支持軸からなるトラニオン機構と、を更に備えるリニアアクチュエータ。
  8. 　請求項１に記載のリニアアクチュエータであって、
    　前記ホルダは、前記フランジ部に埋め込まれて前記コイルと前記永久磁石との相対位置を検出するセンサユニットを備えるリニアアクチュエータ。
PCT/JP2011/069945 2010-09-16 2011-09-01 リニアアクチュエータ WO2012035989A1 (ja)

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