JP2012177453A - 電磁サスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】 車両に容易に適用することができる電磁サスペンションを提供する。
【解決手段】 ケーシング２の内部には軸方向に延びる平板状の可動子３を設ける。可動子３は、ヨーク４の両面に設けた永久磁石５を備える。電機子７は、ケーシング２に固定され、可動子３を厚さ方向で挟み込む複数の磁極８を備える。各磁極８にはコイル９を巻回する。可動子３は、転がり軸受からなる支持部材１１，１２によって電機子７に対して相対移動が許容される。可動子３の軸方向端部には、回転機構１６を介してロッド１３を取付ける。ロッド１３は、ケーシング２に固定されたロッドガイド１４を貫通してケーシング２の外部に突出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の振動を緩衝するのに好適に用いられる電磁サスペンションに関する。

一般に、自動車等の車両には、車体側と各車軸側との間に緩衝器が設けられている。このような緩衝器として、平板形のリニアモータを用いた電磁サスペンションが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。従来技術による電磁サスペンションは、平板状をなす可動子の両面に磁石を設けると共に、可動子の両面に対向した複数の磁極からなる電機子を設ける構成としている。

特開平９−１２１５２９号公報 特開２００６−７４９８７号公報 特開２０１０−１４１９７８号公報

ところで、従来技術による電磁サスペンションでは、電機子の磁極によって可動子を挟む構成としているから、可動子の伸長方向に対して電磁サスペンションを伸縮させることができるものの、可動子と電機子とを相対回転させることができない。

一方、電磁サスペンションを自動車等の車両に搭載した場合には、車両のジオメトリに応じて電磁サスペンションのストローク方向となる上，下方向以外にも力が作用する。例えば自動車の前輪に電磁サスペンションを用いた場合、コーナーでのハンドルの操舵角に合わせて電磁サスペンションは回転する必要がある。また、例えば路面の突起を乗り越した場合や、車両がロールした場合には、電磁サスペンションにはストローク方向の力以外にストローク方向と直交する横方向の力（以下、横力という）が作用する。このように、車両の走行条件に応じて、ストローク方向以外にも複雑な力が作用するため、単純に平板形のリニアモータを電磁サスペンションに適用するのは難しいという問題がある。

本発明は上述した問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、車両に容易に適用することができる電磁サスペンションを提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明による電磁サスペンションは、一方の被取付体に取付けられるケーシングと、該ケーシング内に固定されて配置された可動子または電機子の一方と、前記ケーシング内に移動可能に配置された可動子または電機子の他方と、前記可動子は、平面状に複数の磁石が配置され、前記電機子は、前記可動子に対して相対移動可能に平面状に複数の磁極が配置され、前記可動子または電機子の他方には、前記相対移動方向に延びるロッドが設けられ、該ロッドは、前記ケーシングに設けられたロッドガイドを貫通して前記ケーシングの外部まで延出して他方の被取付体に取付け可能であり、前記一方の被取付体と他方の被取付体との相対回転を許容する回転機構を設ける構成としている。

請求項４の発明による電磁サスペンションは、一方の被取付体に取付けられるケーシングと、該ケーシング内に固定されて配置された２枚の可動子と、該２枚の可動子の両面に設けられ、平面状に複数配置された磁石と、前記ケーシング内に移動可能に配置され、前記２枚の可動子の両面にそれぞれ対向する複数の磁極を有する電機子と、前記電機子のうち前記２枚の可動子の間の部分に回転可能に接続され、前記ケーシングに設けられたロッドガイドを貫通して前記ケーシングの外部まで延出し、他方の被取付体に取付けられるロッドとからなる構成としている。

本発明によれば、上述の構成により、車両に容易に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態による電磁サスペンションを示す縦断面図である。 図１中の矢示II−II方向からみた横断面図である。 図１中の矢示III−III方向からみた横断面図である。 本発明の第２の実施の形態による電磁サスペンションを示す縦断面図である。 図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた横断面図である。 図４中の矢示VI−VI方向からみた横断面図である。 本発明の第３の実施の形態による電磁サスペンションを示す縦断面図である。 図７中の矢示VIII−VIII方向からみた横断面図である。 本発明の第４の実施の形態による電磁サスペンションの要部を拡大して示す縦断面図である。 図９中の可動子を単体で示す右側面図である。 図１０中の矢示XI−XI方向からみた横断面図である。 本発明の第５の実施の形態による電磁サスペンションの要部を拡大して示す縦断面図である。 図１２中の矢示XIII−XIII方向からみた横断面図である。 本発明の第６の実施の形態による電磁サスペンションの要部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の第７の実施の形態による電磁サスペンションの要部を拡大して示す横断面図である。 本発明の第８の実施の形態による電磁サスペンションの要部を拡大して示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による電磁サスペンションを、添付図面に従って詳細に説明する。

図１ないし図３は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、電磁サスペンション１は、ケーシング２、可動子３、電機子７、ロッド１３等によって構成されている。

ケーシング２は、例えば横断面が略四角形の角筒状に形成され、その内部に可動子３および電機子７を収容している。ケーシング２は、ストローク方向となる軸方向に延びる筒部２Ａと、筒部２Ａの一端側に設けられた取付部２Ｂと、筒部２Ａの他端側に設けられたロッドガイド支持部２Ｃとによって構成されている。取付部２Ｂは、四角形の平板状に形成されると共に、一方の被取付体として車両のばね下部材Ａ（例えば車軸）に取付けられる。ロッドガイド支持部２Ｃは、軸方向に延びる円筒状に形成され、その内部に後述のロッドガイド１４が取付けられる。

可動子３は、平板状に形成され、ケーシング２に沿って軸方向（図１中の上，下方向）に延びている。可動子３は、磁性体を用いて平板状に形成されたヨーク４と、該ヨーク４の表面および裏面に平板状に配置された複数の永久磁石５によって構成されている。このとき、ストローク方向（軸方向）で隣合う２個の永久磁石５は、例えば互いに逆極性になっている。

可動子３の一端側には、例えば弾性材料等からなるストッパ６が取付けられている。ストッパ６は、取付部２Ｂに接触可能に設けられ、電磁サスペンション１が縮みきった場合の衝撃を緩和する。可動子３の他端側は、後述するロッド１３に接続されている。そして、可動子３は、ケーシング２内で軸方向に移動可能に配置されている。

電機子７は、磁極８、コイル９およびコア１０によって構成されている。磁極８は、可動子３の表面および裏面と対向して平面状に複数個配置されている。具体的には、可動子３の表面に対向して３個の磁極８が設けられると共に、これら３個の磁極８は、軸方向に並んで配置されている。同様に、可動子３の裏面に対向して３個の磁極８が設けられると共に、これら３個の磁極８は、軸方向に並んで配置されている。また、各磁極８は、可動子３の表面または裏面と直交する方向に向けて延びた角柱状に形成され、その外周にはコイル９が巻回されている。なお、磁極８の個数は、図示したものに限らず、設計仕様等に応じて適宜設定することができる。

磁極８とコイル９は、可動子３を中心に厚さ方向（図１中の左，右方向）の両側に配置されている。即ち、表面側の磁極８およびコイル９と裏面側の磁極８およびコイル９とは、可動子３を挟み込むように配置されている。ここで、可動子３の厚さ方向で対向した２個のコイル９は、同相となる。一方、ストローク方向（軸方向）で隣合う２個のコイル９は、電気角で１２０度ずつの位相差をもつように配置される。これにより、合計６個のコイル９は、２個ずつ三相に分かれている。同相となる２個のコイル９は、直列で配線してもよく、並列で配線してもよい。配線方法は、駆動電源側の電圧や電流仕様に応じて適宜選択することができる。

複数の磁極８は、コア１０によって互いに繋がっている。コア１０は、横断面が四角形の角筒状に形成され、複数の磁極８が取付けられている。コア１０は、ケーシング２に固定されている。

コア１０には、可動子３を厚さ方向で挟む複数の支持部材１１がストローク方向に離間して取付けられている。また、コア１０には、可動子３を幅方向（図１中の前，後方向）で挟む複数の支持部材１２がストローク方向に離間して取付けられている。支持部材１１，１２は、コア１０に取付けられたシャフト１１Ａ，１２Ａと、該シャフト１１Ａ，１２Ａに回転可能に取付けられたローラ１１Ｂ，１２Ｂとからなり、摺動機構を構成している。そして、支持部材１１，１２は、ストローク方向に対して可動子３と電機子７とが相対移動するのを許容する。また、支持部材１１は、可動子３と電機子７との間の厚さ方向の空隙を保持している。

なお、支持部材１１，１２は、転がり軸受によって構成した。電磁サスペンション１には高速での微振幅が作用する場合があり、転がり軸受が片減りし、音や振動が大きくなることがある。この場合には、ローラ１１Ｂ，１２Ｂの外周にウレタン等の樹脂を焼き付けた転がり軸受を使用してもよく、すべり軸受を用いる構成としてもよい。

ロッド１３は、回転機構１６を介して可動子３に接続され、可動子３と一緒に軸方向に変位する。ロッド１３は、軸方向に延びた円柱状に形成され、基端側が回転機構１６に取付けられると共に、先端側がロッドガイド支持部２Ｃを通じてケーシング２の外部に突出している。ロッド１３の先端側は、他方の被取付体として車両のばね上部材Ｂ（例えば車体）に取付けられる。

また、ロッドガイド支持部２Ｃには、横力支持機構としてロッドガイド１４が取付けられている。ロッドガイド１４は、例えばスリーブ軸受によって構成され、ロッド１３が軸方向に変位するのを許容すると共に、ロッド１３に作用する横力を支持する。なお、ロッドガイド１４は、スリーブ軸受に限らず、例えば転がり軸受によって構成してもよい。

ロッドガイド支持部２Ｃには、ロッドガイド１４よりも先端側に位置してＯリング等のシール１５が取付けられている。シール１５は、外部からの水、塵等の進入を防止し、可動子３および電機子７を保護するものである。そして、ロッド１３は、ロッドガイド１４およびシール１５を貫通して配置される。

回転機構１６は、可動子３の他端側に取付けられる共に、ロッド１３と可動子３とを接続する。回転機構１６は、例えばアンギュラ玉軸受を用いて構成され、ロッド１３がストローク方向に沿った軸を中心として回転するのを許容する。

なお、回転機構１６は、アンギュラ玉軸受に限らず、ロッド１３の回転を許容するものであれば、他の構成でもよい。また、車両等の構造上回転角度に制約がある場合には、取付位置や回転限度を示したマーキングを、ケーシング２やロッド１３に施してもよい。

また、回転機構１６は、ロッド１３の外径側に取付けられる。ここで、ケーシング２の内部には、ロッドガイド支持部２Ｃの周囲に位置して例えば弾性材料等からなるストッパ１７が設けられている。ストッパ１７は、回転機構１６に接触可能に設けられ、電磁サスペンション１が伸び切った場合の衝撃を緩和する。

本実施の形態による電磁サスペンション１は、上述のような構成を有するもので、次にその作動について説明する。

電磁サスペンション１を車両のばね下部材Ａとばね上部材Ｂとの間に介在させた場合、ストローク方向の力が作用するのに加えて、車両のジオメトリに応じてストローク方向以外にも複雑な力が作用する。

例えば車両が上，下方向に振動した場合には、電磁サスペンション１にはストローク方向に力が作用する。この力に応じて、可動子３と電機子７が相対移動する。このとき、コイル９に任意の電流を流すことにより、電磁サスペンション１の減衰力を調整することができ、車両の乗り心地や操縦安定性を向上させることができる。

なお、電磁サスペンション１にはストロークセンサを設け、該ストロークセンサを用いてコイル９に流す電流を制御する構成としてもよい。この場合、ストロークセンサは、電機子７と可動子３との間の絶対位置、または相対位置や電気角を検出する。これにより、駆動回路（図示せず）は、電気角に合わせて所望な減衰力が得られる最適な電流をコイル９に供給することができる。

一方、例えばカーブでハンドルを操舵した場合には、電磁サスペンション１にはストローク方向以外の力が作用する。具体的には、ハンドル操作に応じてタイヤの向きを進行方向に応じて変える必要性があるから、ばね下部材Ａとばね上部材Ｂとの間で相対回転が生じ、電磁サスペンション１に軸回りに回転する方向の力が作用する。このとき、ばね下部材Ａとばね上部材Ｂとの間の相対回転は、可動子３とロッド１３との間に設けた回転機構１６が受け持ち、ロッド１３に対して可動子３および電機子７が回転する。

また、例えば路面の突起を乗り越した場合や、車両がロールした場合には、電磁サスペンション１にはストローク方向と直交する横力が作用する。この横力は、ロッド１３に作用すると共に、ロッドガイド１４を経由してケーシング２に伝達される。これにより、可動子３と電機子７には横力が作用せず、横力の影響によって可動子３と電機子７とが接触する可能性を低減することができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、電磁サスペンション１には回転機構１６を設けたから、ばね上部材Ｂとばね下部材Ａとの間の相対回転が可能になり、従来の車両構造を変えることなく、電磁サスペンション１を汎用的な車両に適用することができる。

また、回転機構１６はロッド１３と可動子３との接続部に設けたから、回転機構１６によってロッド１３と可動子３との相対回転を許容することができる。これに加え、回転機構１６をケーシング２内に収容することができるから、外部からの水、泥、埃等の影響から回転機構１６を保護することができる。

また、ロッドガイド１４は横力を支持する横力支持機構となるから、ロッド１３に作用する横力は、ロッドガイド１４を経由してケーシング２によって支持することができる。このため、可動子３と電機子７には横力が作用せず、可動子３と電機子７とが接触する可能性を低減することができる。この結果、走行時に可動子３と電機子７とが接触することに伴う不快な音の発生や、接触時の衝撃により電機子７に設けたコイル９の断線に伴う電磁サスペンション１の機能低下、可動子３に設けた永久磁石５の割れによる性能低下の可能性を低減でき、電磁サスペンション１の信頼性を高めることができる。

また、ケーシング２は横断面が角形状に形成したから、平板状をなす可動子３と、可動子３の両面と対向した電機子７の磁極８を容易にケーシング２内に収容することができる。これに加えて、可動子３、電機子７の磁極８等を加工が容易な平板状に形成することができ、生産性を高めることができる。

この場合、電磁サスペンション１の横断面の外形は四角形であり、相対回転した場合、最大で電磁サスペンション１の対角線相当の外径、またはそれ以上のスペースを確保する必要がある。そこで、ばね下部材Ａとばね上部材Ｂとの間の金具やケーブル、タイヤ等と干渉しないように、例えば断面が長方形の場合には、長方形の長辺を車両の進行方向に配置し、タイヤと一緒に電磁サスペンション１の向きを変えることによって干渉を回避してもよい。断面が正方形の場合には、いずれの辺を車両の進行方向に配置してもよい。

さらに、可動子３と電機子７との間には複数の支持部材１１，１２を配置したから、これらの支持部材１１，１２によって可動子３と電機子７がストローク方向に相対移動するのを許容することができる。また、可動子３の厚さ方向の両側に設けた支持部材１１は、可動子３と電機子７との間の厚さ方向の空隙を保持するから、支持部材１１によって可動子３と電機子７との接触を防止することができる。

次に、図４ないし図６は本発明の第２の実施の形態を示している。第２の実施の形態の特徴は、ケーシング内に２枚の可動子を固定すると共に、該可動子に対して移動可能な電機子を設け、該電機子のうち２枚の可動子の間の部分に回転可能なロッドを接続して設けたことにある。

第２の実施の形態による電磁サスペンション２１は、ケーシング２２、可動子２３、電機子２６、ロッド３２等によって構成されている。

ケーシング２２は、例えば横断面が略四角形の角筒状に形成され、その内部に可動子２３および電機子２６を収容している。ケーシング２２は、第１の実施の形態によるケーシング２と同様に、筒部２２Ａ、取付部２２Ｂおよびロッドガイド支持部２２Ｃによって構成されている。取付部２２Ｂは、一方の被取付体として車両のばね下部材に取付けられる。ロッドガイド支持部２２Ｃは、軸方向に延びる円筒状に形成され、その内部に後述のロッドガイド３３が取付けられる。

可動子２３は、平板状に形成され、ケーシング２２に沿って軸方向（図４中の上，下方向）に延びている。可動子２３は、磁性体を用いて平板状に形成されたヨーク２４と、該ヨーク２４の表面および裏面に平板状に配置された複数の永久磁石２５によって構成されている。このとき、ストローク方向（軸方向）で隣合う２個の永久磁石２５は、例えば互いに逆極性になっている。

また、可動子２３は、ケーシング２２内に位置して互いに平行な状態で２枚設けられると共に、ケーシング２２に固定されている。具体的には、可動子２３の軸方向の一端側は固定部材２３Ａを介して取付部２２Ｂに固定され、他端側は固定部材２３Ｂを介してロッドガイド支持部２２Ｃに固定されている。

電機子２６は、磁極２７、コイル２８およびコア２９によって構成されている。磁極２７は、一方の可動子２３の表面および裏面と対向して平面状に複数個配置されると共に、他方の可動子２３の表面および裏面と対向して平面状に複数個配置されている。具体的には、一方の可動子２３の表面に対向して３個の磁極２７が設けられると共に、これら３個の磁極２７は、軸方向に並んで配置されている。また、一方の可動子２３の裏面に対向して３個の磁極２７が設けられると共に、これら３個の磁極２７は、軸方向に並んで配置されている。同様に、他方の可動子２３の両面側にもそれぞれ３個ずつの磁極２７が対向して設けられている。そして、各磁極２７は、可動子２３の表面または裏面と直交する方向に向けて延びた角柱状に形成され、その外周にはコイル２８が巻回されている。なお、磁極２７の個数は、図示したものに限らず、設計仕様等に応じて適宜設定することができる。

磁極２７およびコイル２８は、２枚の可動子２３をそれぞれ挟み込むように配置される。そして、可動子２３の厚さ方向で対向した４個のコイル２８は、同相となる。一方、ストローク方向（軸方向）で隣合う２個のコイル２８は、電気角で１２０度ずつの位相差をもつように配置される。これにより、合計１２個のコイル２８は、４個ずつ三相に分かれている。同相となる４個のコイル２８は、直列で配線してもよく、並列で配線してもよい。配線方法は、駆動電源側の電圧や電流仕様に応じて適宜選択することができる。

複数の磁極２７は、コア２９によって互いに繋がっている。コア２９は、横断面が四角形の角筒状に形成され、複数の磁極２７が取付けられている。電機子２６は、ケーシング２２内に位置してケーシング２２および可動子２３に対して移動可能に配置されている。

コア２９には、可動子２３を厚さ方向で挟む複数の支持部材３０がストローク方向に離間して取付けられると共に、可動子２３を幅方向（図４中の前，後方向）で挟む複数の支持部材３１がストローク方向に離間して取付けられている。そして、支持部材３０，３１は、第１の実施の形態による支持部材１１，１２とほぼ同様に構成され、ストローク方向に対して可動子２３と電機子２６とが相対移動するのを許容する摺動機構を構成する。また、支持部材３０は、可動子２３と電機子２６との間の厚さ方向の空隙を保持している。

ロッド３２は、回転機構３５を介して電機子２６の他端側に接続され、電機子２６と一緒に軸方向に変位する。ロッド３２は、軸方向に延びた円柱状に形成され、基端側が回転機構３５に取付けられると共に、先端側がロッドガイド支持部２２Ｃを通じてケーシング２２の外部に突出している。ロッド３２の先端側は、他方の被取付体として車両のばね上部材に取付けられる。

また、ロッドガイド支持部２２Ｃには、横力支持機構としてロッドガイド３３が取付けられている。ロッドガイド３３は、第１の実施の形態によるロッドガイド１４とほぼ同様に構成され、ロッド３２が軸方向に変位するのを許容すると共に、ロッド３２に作用する横力を支持する。さらに、ロッドガイド支持部２２Ｃには、ロッドガイド３３よりも先端側に位置してＯリング等のシール３４が取付けられている。

回転機構３５は、電機子２６の他端側に取付けられる共に、ロッド３２と電機子２６とを接続する。回転機構３５は、第１の実施の形態による回転機構１６とほぼ同様に構成され、ロッド３２がストローク方向に沿った軸を中心として回転するのを許容する。

また、ケーシング２２の内部には、軸方向の両端側に位置して例えば弾性材料等からなるストッパ３６，３７が設けられている。ストッパ３６は、電機子２６の一端側に接触可能に設けられ、電磁サスペンション２１が縮み切った場合の衝撃を緩和する。一方、ストッパ３７は、電機子２６の他端側に接触可能に設けられ、電磁サスペンション２１が伸び切った場合の衝撃を緩和する。

かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。一般的に、電磁サスペンションでは、乗り心地と操縦安定性を確保するために高推力化が求められる。また、車両の走行時の振動エネルギを効率よく回生するために三相のコイルを短絡させた場合に発生するストローク速度に対する抵抗力、即ち電磁サスペンションの減衰係数が大きい方が好ましい。

これに対し、第２の実施の形態による電磁サスペンション２１では、ケーシング２２内に２枚の可動子２３を固定すると共に、該可動子２３に対して移動可能な電機子２６を設けた。このため、第１の実施の形態に比べて電機子２６と対向する可動子２３の表面積を増やすことができ、推力および減衰係数を増大することができる。

また、電磁サスペンション２１の中心線に電機子２６が配置されるから、電機子２６の中心部分に回転機構３５を介してロッド３２を配置することができる。このため、ケーシング２２は軸方向の長さ寸法を短く、かつ単純な構造とすることが可能となり、電磁サスペンション２１の全長を短くすることができる。これにより、車両への搭載性の向上や、全長が短くなる分を電機子２６や可動子２３の全長に加えることにより、性能向上やストローク長を長くすることが可能で、車両のストローク確保と電磁サスペンション２１の性能向上が可能になる。

次に、図７および図８は本発明の第３の実施の形態を示している。第３の実施の形態の特徴は、複数個の磁極に対して共通のコイルを巻回する構成としたことにある。

第３の実施の形態による電磁サスペンション４１は、ケーシング４２、可動子４３、電機子４６、ロッド５２等によって構成されている。

ケーシング４２は、例えば横断面が略四角形の角筒状に形成され、その内部に可動子４３および電機子４６を収容している。ケーシング４２は、第２の実施の形態によるケーシング２２と同様に、筒部４２Ａ、取付部４２Ｂおよびロッドガイド支持部４２Ｃによって構成されている。取付部４２Ｂは、一方の被取付体として車両のばね下部材に取付けられる。ロッドガイド支持部４２Ｃは、軸方向に延びる円筒状に形成され、その内部に後述のロッドガイド５３が取付けられている。

可動子４３は、平板状に形成され、ケーシング４２に沿って軸方向（図７中の上，下方向）に延びている。可動子４３は、磁性体を用いて平板状に形成されたヨーク４４と、該ヨーク４４の表面および裏面に平板状に配置された複数の永久磁石４５によって構成されている。このとき、ストローク方向（軸方向）で隣合う２個の永久磁石４５は、例えば互いに逆極性になっている。

また、可動子４３は、第２の実施の形態による可動子２３とほぼ同様に、ケーシング４２内に位置して互いに平行な状態で２枚設けられると共に、その両端側が固定部材４３Ａ，４３Ｂを用いてケーシング４２に固定されている。

電機子４６は、磁極４７、コイル４８およびコア４９によって構成されている。磁極４７は、一方の可動子４３の表面および裏面と対向して平面状に複数個配置されると共に、他方の可動子４３の表面および裏面と対向して平面状に複数個配置されている。

具体的には、一方の可動子４３の表面に対向して１２個の磁極４７が設けられると共に、これら１２個の磁極４７は、軸方向に並んで配置されている。また、一方の可動子４３の裏面に対向して１２個の磁極４７が設けられると共に、これら１２個の磁極４７は、軸方向に並んで配置されている。同様に、他方の可動子４３の両面側にもそれぞれ１２個ずつの磁極４７が対向して設けられている。

ここで、軸方向に並んだ１２個の磁極４７は、４個ずつ３組に分けられる。各組の４個の磁極４７には、共通のコイル４８が巻回される。また、各組で軸方向に隣合う２個の磁極４７間のピッチは、例えば軸方向に対して永久磁石４５のＮ極から次のＮ極間までの距離τｐ、即ち軸方向で隣合う２個の永久磁石４５間のピッチに対して略２倍の値を基準として設定されている。このため、磁極４７間のピッチは、距離τｐに設定してもよく、電機子４６と可動子４３との間に作用する推力脈動を低減することを目的として、距離τｐから例えば電気角で５度や１０度相当など、任意の角度ずらして設定してもよい。なお、磁極４７の個数は、図示したものに限らず、設計仕様等に応じて適宜設定することができる。

磁極４７およびコイル４８は、２枚の可動子４３をそれぞれ挟み込むように配置される。そして、可動子４３の厚さ方向で対向した４個のコイル４８は、同相となる。一方、ストローク方向（軸方向）で隣合う２個のコイル４８は、電気角で１２０度ずつの位相差をもつように配置される。これにより、合計１２個のコイル４８は、４個ずつ三相に分かれている。同相となる４個のコイル４８は、直列で配線してもよく、並列で配線してもよい。配線方法は、駆動電源側の電圧や電流仕様に応じて適宜選択することができる。

複数の磁極４７は、コア４９によって互いに繋がっている。コア４９は、横断面が四角形の角筒状に形成され、複数の磁極４７が取付けられている。電機子４６は、ケーシング４２内に位置してケーシング４２および可動子４３に対して移動可能に配置されている。

コア４９には、可動子４３を厚さ方向で挟む複数の支持部材５０がストローク方向に離間して取付けられると共に、可動子４３を幅方向（図７中の前，後方向）で挟む複数の支持部材５１がストローク方向に離間して取付けられている。そして、支持部材５０，５１は、第１の実施の形態による支持部材１１，１２とほぼ同様に構成され、ストローク方向に対して可動子４３と電機子４６とが相対移動するのを許容する摺動機構を構成する。また、支持部材５０は、可動子４３と電機子４６との間の厚さ方向の空隙を保持している。

ロッド５２は、回転機構５５を介して電機子４６の他端側に接続され、電機子４６と一緒に軸方向に変位する。ロッド５２は、軸方向に延びた円柱状に形成され、基端側が回転機構５５に取付けられると共に、先端側がロッドガイド支持部４２Ｃを通じてケーシング４２の外部に突出している。ロッド５２の先端側は、他方の被取付体として車両のばね上部材に取付けられる。

また、ロッドガイド支持部４２Ｃには、横力支持機構としてロッドガイド５３が取付けられている。ロッドガイド５３は、第１の実施の形態によるロッドガイド１４とほぼ同様に構成され、ロッド５２が軸方向に変位するのを許容すると共に、ロッド５２に作用する横力を支持する。さらに、ロッドガイド支持部４２Ｃには、ロッドガイド５３よりも先端側に位置してシール５４が取付けられている。

回転機構５５は、電機子４６の他端側に取付けられる共に、ロッド５２と電機子４６とを接続する。回転機構５５は、第１の実施の形態による回転機構１６とほぼ同様に構成され、ロッド５２がストローク方向に沿った軸を中心として回転するのを許容する。また、ケーシング４２の内部には、軸方向の両端側に位置して例えば弾性材料等からなるストッパ５６，５７が設けられている。

さらに、電機子４６にはストロークセンサ５８が取付けられる。ストロークセンサ５８は、例えば取付部４２Ｂと電機子４６との間の直線距離を測定するポテンショメータによって構成され、電機子４６と可動子４３との間の相対位置関係を測定する。このため、ストロークセンサ５８で得られた情報に基づいて、コイル４８に対して最適な電流を供給することができる。なお、ストロークセンサ５８は、ポテンショメータに限らず、電機子４６と可動子４３との間の相対位置、または絶対位置を測定することが可能なセンサであればよく、例えばホール素子、レーザー変位計、または転がり軸受の回転角度を検出してもよい。

かくして、第３の実施の形態でも、第１，第２の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態では、４個の磁極４７に対して共通のコイル４８を巻回する構成としたから、電磁サスペンション４１の減衰係数を増大させることができる。この効果について具体的に説明する。

一般的に、電磁サスペンションでは、車両の走行時の振動エネルギを効率よく回生するために三相のコイルを短絡させた場合に発生するストローク速度に対する抵抗力、即ち電磁サスペンションの減衰係数Ｃが大きい方が好ましい。

この減衰係数Ｃは、以下の数１の式により求められ、逆起電力定数Ｋeに比例し、抵抗値Ｒの二乗に反比例する。

即ち、抵抗値Ｒが小さく、逆起電力定数Ｋeが大きい電磁サスペンションが望ましい。ここで、ｎ回巻かれたコイルに発生する逆起電圧ｅはファラデーの電磁誘導の法則により、数２の式で算出される。

鎖交磁束φが振幅φ_m、角速度ω（ω＝２πｆ）で正弦波状に変化するもの（φ＝φ_mcosωt）と仮定すると、逆起電圧の大きさＥは、以下の数３の式で算出される。

数３の式より、逆起電圧を高くする方法は、コイルの巻き数ｎを増やす、周波数ｆを上げる、鎖交磁束φの振幅φ_mを大きくするという選択がある。このうち、コイルの巻き数ｎは電磁サスペンションの外形寸法によって制限され、鎖交磁束数は永久磁石の保持力および残留磁束密度と永久磁石および磁極の間の空隙とによって制限される。一方、周波数ｆは、電機子と可動子の設計によって変更が可能であり、減衰係数Ｃを大きくするためには、高い周波数であることが望ましい。

しかし、周波数ｆを高くするためには、電機子および可動子の磁極を増やす必要性があり、電磁サスペンションの外形寸法を一定とした場合、コイルや永久磁石の１個当りの寸法を小さくし、数を増やすことになる。このとき、永久磁石は機械加工部品なので、寸法を小さくすることは容易であるが、コイルを小さくすると、１個のコイル当りの絶縁物が占める体積が多くなり、占積率が悪化して性能が低下する虞れがある。これに加えて、コイル間の結線数も増えるため、電機子の製作性が低下する。

以上の点を考慮して、本実施の形態は、複数個（４個）の磁極４７に共通のコイル４８を巻回している。これにより、電磁サスペンション４１の外形寸法を第２の実施の形態と同程度に保ちつつ、磁束が変化する周波数を高めて減衰係数Ｃを増大させている。

次に、図９ないし図１１は本発明の第４の実施の形態を示している。第４の実施の形態の特徴は、可動子の永久磁石を非磁性体からなる磁石固定部材に取付ける構成としたことにある。なお、第４の実施の形態では、前述した第３の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第４の実施の形態による電磁サスペンション６１は、第３の実施の形態による電磁サスペンション４１とほぼ同様に構成される。但し、可動子６２は、磁性体からなる磁石連結部材６３を、２個の永久磁石６４で挟み込むと共に、はしご状の非磁性体からなる磁石固定部材６５に埋め込んだ構造となっている。そして、可動子６２は、電機子４６の磁極４７およびコイル４８によって挟み込まれる。

かくして、第４の実施の形態でも、第３の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第３の実施の形態では、可動子４３は、磁性体からなるヨーク４４の両面に永久磁石４５を貼り合わせる構成としている。この場合、永久磁石４５の間に磁性体からなるヨーク４４を介在させることにより、少ない磁石量で、大きな磁石を模擬することが可能となる。しかし、磁性体の使用量が多く、電機子４６と可動子４３との間に作用する吸引力が大きくなり、可動子４３の撓みや、支持部材５０への負担が大きくなる。

これに対し、第４の実施の形態では、可動子６２を非磁性体からなる磁石固定部材６５を用いて形成したから、可動子６２での磁性体の使用量を減少して、電機子７と可動子６２との間に作用する吸引力を低下させることができ、支持部材５０への負担も軽くなる。また、可動子６２の剛性維持に必要な強度も下がるから、可動子６２を薄くして、小型、軽量化が可能となる。

さらに、第３の実施の形態による可動子４３では、表面側の永久磁石４５から出た磁束は、ヨーク４４を介して厚さ方向で対向する裏面側の永久磁石４５に向かう磁束と、軸方向で隣接する永久磁石４５に向かう磁束との２つの経路に分かれる。このうち、軸方向で隣接する永久磁石４５に向かう磁束は、漏れ磁束となって推力に寄与しない。

これに対し、第４の実施の形態では、非磁性体からなる磁石固定部材６５に永久磁石６４を取付けた。このため、表面側の永久磁石６４から出た磁束は、磁性体からなる磁石連結部材６３を経由して裏面側の永久磁石６４に流れる。一方、軸方向で隣接する永久磁石６４との間には非磁性体からなる磁石固定部材６５が配置されているから、第３の実施の形態に比べて、軸方向で隣接する永久磁石６４に向かう磁束が減少する。この結果、漏れ磁束が低減して推力および減衰係数が向上する。

なお、第４の実施の形態では、可動子６２を第３の実施の形態と同様な電磁サスペンション６１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１，第２の実施の形態による電磁サスペンション１，２１にも適用することができる。

次に、図１２および図１３は本発明の第５の実施の形態を示している。第５の実施の形態の特徴は、可動子の厚さ方向に積み重ねた複数のコイルの間に配線用スペースを形成し、該配線用スペースにコイル用の配線を取付ける構成としたことにある。なお、第５の実施の形態では、前述した第３の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第５の実施の形態による電磁サスペンション７１は、第３の実施の形態による電磁サスペンション４１とほぼ同様に構成される。また、電機子７２は、第３の実施の形態による電機子４６とほぼ同様に構成され、磁極７３、コイル７４およびコア７５によって構成されている。ここで、磁極７３およびコイル７４は、可動子４３の厚さ方向で４段配置されている。電機子７２には、これら４段のコイル７４のうち２段目と３段目との間に位置して、軸方向に延びる配線用スペース７６が形成されている。配線用スペース７６内には、コイル７４に給電するための配線７７が配置される。また、ロッド５２は、軸方向に貫通した貫通孔７８を有する中空構造とし、貫通孔７８を介して配線７７が外部に導出される。

かくして、第５の実施の形態でも、第３の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第５の実施の形態では、可動子４３の厚さ方向に積み重ねた複数のコイル７４の間に配線用スペース７６を形成し、該配線用スペース７６に配線７７を設けたから、コイル７４と配線７７との接続を電機子７２の内部で行なうことができる。このため、製造時の絶縁検査が容易になると共に、ロッド５２内の貫通孔７８等を介して配線７７を外部に取り出すことができる。この結果、配線７７をできるだけ外部から見えない構造にして、配線７７を外部から全て保護することができ、誤って配線７７を断線する虞れがなくなる。

なお、第５の実施の形態では、第３の実施の形態と同様な電磁サスペンション７１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２，第４の実施の形態による電磁サスペンション２１，６１にも適用することができる。

次に、図１４は本発明の第６の実施の形態を示している。第６の実施の形態の特徴は、コイルと可動子との間に磁極を配置する構成としたことにある。なお、第６の実施の形態では、前述した第３の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第６の実施の形態による電磁サスペンション８１は、第３の実施の形態による電磁サスペンション４１とほぼ同様に構成される。また、電機子８２は、第３の実施の形態による電機子４６とほぼ同様に構成され、磁極８３、コイル８５およびコア８６によって構成されている。ここで、軸方向に並んだ６個の磁極８３が連結部８４によって互いに連結されると共に、連結部８４は６個の磁極８３よりも軸方向の長さ寸法が小さい構成となっている。これにより、連結部８４の軸方向の両側には凹部８４Ａが形成されると共に、凹部８４Ａにコイル８５が取付けられる。この結果、コイル８５と可動子４３との間に磁極８３が配置される。

なお、共通のコイル８５が巻回される磁極８３の個数は、２個以上の複数個でもよく、１個でもよい。磁極８３の個数は、設計仕様等に応じて適宜設定されるものである。

かくして、第６の実施の形態でも、第３の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第６の実施の形態では、コイル８５と可動子４３との間に磁極８３を配置したから、コイル８５と対向する永久磁石４５も推力に寄与する。このため、電磁サスペンション８１の小型化、軽量化、高推力化、高減衰係数化を図ることができる。

また、コイル８５と可動子４３との間に磁極８３を配置したから、コイル８５の保持が容易となり、コイル８５と可動子４３とが接触する可能性を低減できる。このため、可動子４３が撓んで電機子８２と接触した場合でも、可動子４３とコイル８５とが接触することがなく、コイル８５の断線や短絡を防止することができ、信頼性を向上することができる。

なお、第６の実施の形態では、第３の実施の形態と同様な電磁サスペンション８１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１，第２，第４，第５の実施の形態による電磁サスペンション１，２１，６１，７１にも適用することができる。

次に、図１５は本発明の第７の実施の形態を示している。第７の実施の形態の特徴は、電磁サスペンションを断面円形の外形形状としたことにある。なお、第７の実施の形態では、前述した第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第７の実施の形態による電磁サスペンション９１は、第２の実施の形態による電磁サスペンション２１とほぼ同様に構成される。但し、ケーシング９２および電機子９３は、断面円形状に形成されている。

ここで、電機子９３は、磁極９４，９５、コイル９６，９７およびコア９８によって構成されている。内径側の磁極９４は、２枚の可動子２３に挟まれて内径側に配置されている。外径側の磁極９５は、２枚の可動子２３の厚さ方向外側となる外径側に配置されている。磁極９４，９５は、コア９８によって互いに繋がれている。内径側の磁極９４には内径側のコイル９６が巻回され、外径側の磁極９５には外径側のコイル９７が巻回されている。

また、外径側の磁極９５の幅寸法（図１５中の上，下方向の寸法）は、内径側の磁極９４の幅寸法に比べて小さい。同様に、外径側のコイル９７の幅寸法は、内径側のコイル９６の幅寸法に比べて小さい。

なお、内径側のコイル９６と外径側のコイル９７の高さ寸法および幅寸法は任意の値に設定してよく、コイル９６，９７間の起磁力を合わせるために、巻き数を同じ値として寸法のみ異なる構成としてもよい。また、内径側のコイル９６は外径側のコイル９７に比べてコア９８と接する面積が少なく放熱性能が劣るため、内径側のコイル９６の巻き数を外径側のコイル９７の巻き数よりも減らしてもよい。この場合、内径側のコイル９６で減らした分の巻き数を、外径側のコイル９７に追加してもよい。

かくして、第７の実施の形態でも、第２の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第７の実施の形態では、電磁サスペンション９１を断面円形の外形形状としたから、断面四角形状とした場合に比べて、電磁サスペンション９１の取付方向を考慮する必要がなく、取付作業性が向上する。また、電磁サスペンション９１の外周側にコイルばねを取り付けることができ、コイルばねとの一体構造化が容易になる。

なお、第７の実施の形態では、第２の実施の形態と同様な電磁サスペンション９１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１，第３ないし第６の実施の形態による電磁サスペンション１，４１，６１，７１，８１にも適用することができる。

次に、図１６は本発明の第８の実施の形態を示している。第８の実施の形態の特徴は、２枚の可動子に挟まれた複数の磁極に共通のコイルを巻回する構成としたことにある。なお、第８の実施の形態では、前述した第３の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第８の実施の形態による電磁サスペンション１０１は、第３の実施の形態による電磁サスペンション４１とほぼ同様に構成される。

電機子１０２は、磁極１０３，１０５、コイル１０７，１０８およびコア１０９によって構成されている。内径側の磁極１０３は、２枚の可動子４３に挟まれて内径側に配置されている。また、一方の可動子４３に対向した３個の磁極１０３と他方の可動子４３に対向した３個の磁極１０３とは、連結部１０４によって互いに連結されている。連結部１０４にはコイル１０７が巻回されている。

外径側の磁極１０５は、２枚の可動子４３の厚さ方向外側となる外径側に配置されている。また、軸方向に並んだ３個の磁極１０５は、連結部１０６によって互いに連結されると共に、連結部１０６によって連結された３個の磁極１０５には共通のコイル１０８が巻回されている。磁極１０３，１０５は、コア１０９によって互いに繋がれている。

かくして、第８の実施の形態でも、第３の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第８の実施の形態では、厚さ方向に４段積み重ねた磁極１０３，１０５のうち中段（２段目および３段目）に位置する磁極１０３に共通のコイル１０７を巻回したから、段毎にコイルを設けた場合に比べて、コイル１０７の個数を削減することができる。このため、中段のコイル１０７は放熱が難しい傾向があるが、コイル１０７の発熱量を低減することができる。また、中段のコイル１０７の発熱が問題となる場合には、コイル１０７の巻き数を減少させてコイル１０７の発熱量を減少させ、発熱の均等化を行なうこともできる。

なお、第１の実施の形態では、１枚の可動子３を用いる構成としたが、２枚以上の可動子を用いる構成としてもよい。また、第２ないし第８の実施の形態では、２枚の可動子２３，４３，６２を用いる構成としたが、１枚の可動子を用いる構成としてもよく、３枚以上の可動子を用いる構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、回転機構１６，３５，５５はケーシング２，２２，４２，９２内に収容する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばロッドの先端（突出端）に設ける回転機構を設けてもよく、ケーシングの筒体と取付部との間に回転機構を設ける構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、ケーシング２，２２，４２，９２をばね下部材に取付けると共に、ロッド１３，３２，５２をばね上部材に取付ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、ケーシングをばね上部材に取付けると共に、ロッドをばね下部材に取付ける構成としてもよい。

１，２１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１ 電磁サスペンション
２，２２，４２，９２ ケーシング
３，２３，４３，６２ 可動子
５，２５，４５，６４ 永久磁石（磁石）
７，２６，４６，７２，８２，９３，１０２ 電機子
８，２７，４７，７３，８３，９４，９５，１０３，１０５ 磁極
９，２８，４８，７４，８５，９６，９７，１０７，１０８ コイル
１１，１２，３０，３１，５０，５１ 支持部材（摺動機構）
１３，３２，５２ ロッド
１４，３３，５３ ロッドガイド（横力支持機構）
１６，３５，５５ 回転機構
７６ 配線用スペース
７７ 配線

Claims (8)

1. 一方の被取付体に取付けられるケーシングと、
   該ケーシング内に固定されて配置された可動子または電機子の一方と、
   前記ケーシング内に移動可能に配置された可動子または電機子の他方と、
   前記可動子は、平面状に複数の磁石が配置され、
   前記電機子は、前記可動子に対して相対移動可能に平面状に複数の磁極が配置され、
   前記可動子または電機子の他方には、前記相対移動方向に延びるロッドが設けられ、
   該ロッドは、前記ケーシングに設けられたロッドガイドを貫通して前記ケーシングの外部まで延出して他方の被取付体に取付け可能であり、
   前記一方の被取付体と他方の被取付体との相対回転を許容する回転機構を設ける構成とした電磁サスペンション。
2. 前記回転機構は、前記ロッドと前記可動子または電機子の他方との接続部に設けることを特徴とする請求項１に記載の電磁サスペンション。
3. 前記ケーシング内には前記可動子を固定して配置し、
   前記電機子には前記ロッドが接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁サスペンション。
4. 一方の被取付体に取付けられるケーシングと、
   該ケーシング内に固定されて配置された２枚の可動子と、
   該２枚の可動子の両面に設けられ、平面状に複数配置された磁石と、
   前記ケーシング内に移動可能に配置され、前記２枚の可動子の両面にそれぞれ対向する複数の磁極を有する電機子と、
   前記電機子のうち前記２枚の可動子の間の部分に回転可能に接続され、前記ケーシングに設けられたロッドガイドを貫通して前記ケーシングの外部まで延出し、他方の被取付体に取付けられるロッドとからなる構成とした電磁サスペンション。
5. 前記ロッドと前記電機子との接続部には、前記一方の被取付体と前記他方の被取付体との相対回転を許容する回転機構を設けることを特徴とする請求項４に記載の電磁サスペンション。
6. 前記ロッドガイドは、前記ロッドの伸長方向と直交する方向の横力を支持する横力支持機構であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電磁サスペンション。
7. 前記ケーシングは、横断面が角形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電磁サスペンション。
8. 前記可動子と前記電機子との間には、複数の摺動機構を配置することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電磁サスペンション。

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