JP4911380B2

JP4911380B2 - 筒形リニアモータ

Info

Publication number: JP4911380B2
Application number: JP2007068861A
Authority: JP
Inventors: 和晶柴原; 健中村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP2008236832A

Description

本発明は、例えば、鉄道車両用電磁アクティブサスペンションシステムのアクチュエータとして用いられる筒形リニアモータの改良に関する。

筒形リニアモータは、例えば、鉄道車両用電磁アクティブサスペンションシステムのアクチュエータとして用いられる。このようなサスペンションシステムにおいては、リニアモータが発生する力、すなわち、減衰力や推力を、サスペンションのストローク速度やストローク位置に応じて、あるいは、制御対象となる振動を抑制するようにリアルタイムで可変制御することができる。

ところで、近年、鉄道車両においては、高速度化ならびに環境性能の向上が要望されており、軽量化ならびに小型化が技術課題となっている。しかしながら、従来、鉄道車両用電磁アクティブサスペンションシステムは、所要の性能を得ようとした場合、アクチュエータ、すなわち、円筒型リニアモータが、油圧式アクチュエータと比較して大型化されてしまう。

ここで、図４に、従来の鉄道車両用電磁アクティブサスペンションシステムに用いられる標準的な筒形リニアモータ１（アクチュエータ）の概略構造を示す。この筒形リニアモータ１は、円筒形に形成されたアウターヨーク２（固定子）と、円筒形に形成されて該アウターヨーク２に対して同軸に配置されるセンターヨーク３（可動子）と、を備える。アウターヨーク２の内周面には、コイル収容部４にコイル５を収容したコア６がストローク方向（図４における上下方向）へ積層されたコイル積層体７が配置される。センターヨーク３の外周面３ｂには、コイル積層体７の各コイル５に対向させて永久磁石８が配置されており、該永久磁石８の上から薄いパイプ９が外挿される。また、センターヨーク３は、アウターヨーク２の内周面２ａのコイル積層体７のストローク方向両側に配置された一対の軸受１２，１３によって、当該アウターヨーク２に対してストローク方向へ相対移動可能に支持される。なお、図４に示される符号１０は、ストロークセンサである。

上述した従来の筒形リニアモータ１は、一対の軸受１２，１３によって、センターヨーク３に配置した永久磁石８に外挿されたパイプ９の外周面を支持する構造であるため、磁気回路部品を除く構成部品の点数が少ない。したがって、当該筒形リニアモータ１は、全長を短く構成することができ、軽量化も可能である。しかしながら、この筒形リニアモータ１は、曲げ力が作用した場合に、軸受１２，１３と永久磁石８との間の接触圧力が局部的に高まり、永久磁石８が破損する虞がある。また、この筒形リニアモータ１は、非磁性体からなるパイプ９で永久磁石８の表面を覆っているため、効率が低下する。

そこで、図５に示されるように、センターヨーク３の内周面３ａの基端側（図５における上側）に配置した軸受１２によって、アウターヨーク２の底面中央に立設した固定ロッド１４を支持すると共に、アウターヨーク２の先端部に配置した軸受１３によって、センターヨーク３の端面に立設したロッド１５を支持することにより、信頼性を高めた筒形リニアモータ１１がある。しかしながら、この筒形リニアモータ１１は、固定子（アウターヨーク２）に対する可動子（センターヨーク３）の相対移動距離の分だけ全長が長くなる。また、センターヨーク３の内側の空間に、円筒形の固定ロッド１４ならびにストロークセンサ１０が配置されるため、外径寸法が大きくなるだけでなく、複雑な構造により組立ても困難である。

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化及び軽量化が可能であって、且つ、容易に組立てが可能な筒形リニアモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、筒状の固定子と、該固定子の内側に位置し、該固定子に対して軸方向に相対変位可能に設けられた筒状の可動子と、該可動子の内側に位置し、筒状又は柱状に形成されて基端部が固定子に接続される固定ロッドと、からなる筒形リニアモータであって、固定子には、筒状に形成されるコアと該コアの内周面に配置される複数個のコイル又は、筒状に形成されて内周面に複数個の永久磁石のいずれか一方が構成されて、可動子には、筒状に形成されるコアと該コアの外周面に配置される複数個のコイル又は、筒状に形成されて外周面に複数個の永久磁石のいずれか他方が構成されて、可動子の先端部内周面に配置されて固定ロッドの外周面を摺動可能に支持する第１軸受と、固定ロッドの先端部外周面に配置されて可動子の内周面を摺動可能に支持する第２軸受と、を具備することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒形リニアモータにおいて、可動子が固定子に対して相対変位されて、可動子が伸長側のストロークエンドに到達した時点で、第１軸受と第２軸受との相互の端面が当接されることを特徴とする。

したがって、請求項１に記載の筒形リニアモータでは、第１軸受及び第２軸受は、可動子の軸方向長さの範囲内に、可動子及び固定子に互い違いに配置される。
請求項２に記載の筒形リニアモータでは、筒形リニアモータは、第１軸受の端面と第２軸受の端面とが当接されることにより、伸長側のストロークエンドとなる。

請求項１に記載の筒形リニアモータによれば、限られた空間に磁気回路部品を効率的に配置して全長を短く形成することが可能になり、小型化及び軽量化することができる。また、部品点数の増加が抑制されて組立てが容易である。さらに、取付け長さに対する支点間距離（第１軸受と第２軸受との間の距離）を大きくとることが可能になり、耐久性、特に、曲げ力に対する耐久性を高めることができる。
請求項２の発明によれば、第１軸受及び第２軸受を、アクチュエータの伸び切り防止のストッパとして併用することが可能になり、専用のストッパが不要となることで、部品点数の削減、延いては軽量化に寄与することができる。

本発明の一実施形態を図１〜図３に基いて説明する。なお、図４及び図５に示される従来の筒形リニアモータ１及び１１に対して構成が同一又は相当する部分には、同一の名称及び符号を付与する。本実施形態の筒形リニアモータ２１は、例えば、鉄道車両用電磁アクティブサスペンションシステムのアクチュエータとして用いられる。そして、本実施形態の筒形リニアモータ２１は、アウターヨーク２（固定子）とセンターヨーク３（可動子）とを軸方向（図１における上下方向）へ相対変位させることにより、短縮／伸長される構造になっている。

図１に示されるように、アウターヨーク２は、有底円筒状に形成されて、円筒形のコア６と、該コア６に形成される複数個（本実施形態では、７個）のコイル収容部４と、各コイル収容部４に収容される複数個のコイル５と、当該アウターヨーク２の底部を形成する蓋体１７と、によって構成される。そして、アウターヨーク２は、内周面２ａ（コア６）に、複数個のコイル５が軸方向へ所定間隔で配置される。また、アウターヨーク２の蓋体１７には、当該アウターヨーク２に対して同軸に配置される円筒形の固定ロッド１４が立設される。

センターヨーク３は、有底円筒状に形成されており、底部３ｃが、有底円筒状に形成されたカバー１８の蓋体１９に固定される。また、センターヨーク３の外周面３ｂには、軸方向（図１における上下方向）へ積層して配置されたリング状の永久磁石８が固定される。そして、センターヨーク３は、アウターヨーク２のコア６と固定ロッド１４との間に形成される空間に挿入されて、アウターヨーク２に対して同軸に配置される。さらに、センターヨーク３の先端部（図１における上側の部分）内周面３ａには、第１軸受２２が配置されており、該第１軸受２２によって、固定ロッド１４の外周面１４ｂが軸方向へ摺動可能に支持される。

また、固定ロッド１４の先端部（図１における下側の部分）外周面１４ｂには、第２軸受２３が配置されており、該第２軸受２３によって、センターヨーク３の内周面３ａが軸方向へ摺動可能に支持される。これにより、図１〜図３に示されるように、本実施形態の筒形リニアモータ２１は、第１軸受２２と第２軸受２３とが、第１軸受２２の端面２２ａと第２軸受２３の端面２３ａとが近接離反可能に対向して互い違いに配置される、すなわち、センターヨーク３に配置された第１軸受２２によって固定ロッド１４が軸方向へ案内されると共に、固定ロッド１４に配置された第２軸受２３によってセンターヨーク３が軸方向へ案内される。そして、筒形リニアモータ２１は、センターヨーク３（可動子）がアウターヨーク２（固定子）に対して伸長側(図１における下側)へ相対変位する、すなわち、第１軸受２２が第２軸受２３に対して接近して、図２に示されるように、第１軸受２２の端面２２ａと第２軸受２３の端面２３ａとが当接することにより、伸長側のストロークエンドに到達される。ここで、固定ロッド１４に配置された第２軸受２３は、センターヨーク３の全長の範囲内でセンターヨーク３に対して軸方向へ相対変位される。

なお、筒形リニアモータ２１は、一端がアウターヨーク２の蓋体１７に接続されると共に他端がセンターヨーク３の底部３ｃに接続されてアウターヨーク２に対するセンターヨーク３の相対変位量を検出するストロークセンサ１０が、固定ロッド１４の内部空間に配置される。

次に、本実施形態の筒形リニアモータ２１の作用を説明する。図３に、本実施形態の筒形リニアモータ２１が短縮側のストロークエンドの状態を示す。この図に示されるように、筒形リニアモータ２１は、短縮側のストロークエンドの状態で、センターヨーク３（可動子）の先端部端面がアウターヨーク２の蓋体１７に当接される。また、短縮側のストロークエンドの状態では、固定ロッド１４、第１軸受２２及び第２軸受２３は、センターヨーク３の内部空間に収容される。そして、筒形リニアモータ２１は、センターヨーク３がアウターヨーク２に対して図３における下側へ相対変位することにより伸長される。この時、センターヨーク３に配置された第１軸受２２によって固定ロッド１４が軸方向(図３における上下方向)へ案内されると共に、固定ロッド１４に配置された第２軸受２３によってセンターヨーク３が軸方向へ案内される。これにより、筒形リニアモータ２１は、第１軸受２２が第２軸受２３に対して接近して、図２に示されるように、第１軸受２２の端面２２ａと第２軸受２３の端面２３ａとが当接することにより、伸長側のストロークエンドに到達する。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態の筒形リニアモータ２１は、円筒形の固定ロッド１４を有底円筒形のアウターヨーク２（固定子）の蓋体１７に立設し、アウターヨーク２のコア６の内側で且つ固定ロッド１４の外側の空間に、円筒形のセンターヨーク３（可動子）をアウターヨーク２と同軸に配置しておいて、センターヨーク３に配置された第１軸受２２によって固定ロッド１４が軸方向へ案内されると共に、固定ロッド１４に配置された第２軸受２３によってセンターヨーク３が軸方向へ案内され、第１軸受２２と第２軸受２３とは、第１軸受２２の端面２２ａと第２軸受２３の端面２３ａとが近接離反可能に対向して互い違いに配置される。
したがって、本実施形態の筒形リニアモータ２１によれば、限られた空間に磁気回路部品を効率的に配置して全長を短く形成することが可能になり、小型化及び軽量化することができる。また、部品点数の増加が抑制されて組立てが容易である。さらに、取付け長さに対する支点間距離（第１軸受２２と第２軸受２３との間の距離）を比較的大きくとることが可能になり、耐久性、特に、曲げ力に対する耐久性を高めることができる。
また、本実施形態の筒形リニアモータ２１によれば、伸長側のストロークエンドで、第１軸受２２の端面２２ａと第２軸受２３の端面２３ａとを当接させるので、第１軸受２２及び第２軸受２３をアクチュエータの伸び切り防止のストッパとして併用することでき、専用のストッパが不要となることで、部品点数の削減、延いては軽量化に寄与することができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施形態では、筒形リニアモータ２１の形状を円筒形としたが、筒形リニアモータ２１の形状を、例えば、四角筒形、六角筒形として筒形リニアモータ２１を構成してもよい。
また、本実施形態では、コイル５をコア６に配置して、永久磁石８をセンターヨーク３に配置して筒形リニアモータ２１を構成したが、これとは逆に、コイル５をセンターヨーク３に配置して、永久磁石８をコア６に配置して筒形リニアモータ２１を構成してもよい。

本実施形態の筒形リニアモータの軸断面図であって、特に、ストロークが中間距離の状態を示す図である。本実施形態の筒形リニアモータの軸断面図であって、特に、伸長側のストロークエンドの状態を示す図である。本実施形態の筒形リニアモータの軸断面図であって、特に、短縮側のストロークエンドの状態を示す図である。従来の筒形リニアモータの軸断面図であって、特に、アウターヨークのコアに配置された一対の軸受によってセンターヨークを支持する構造の筒形リニアモータを示す図である。従来の筒形リニアモータの軸断面図であって、特に、センターヨークに配置した軸受によって固定ロッドを支持すると共に、アウターヨークに配置した軸受によってセンターヨークに立設したロッドを支持する構造の筒形リニアモータを示す図である。

符号の説明

２アウターヨーク（固定子）、３センターヨーク（可動子）、５コイル、６コア、８永久磁石、１４固定ロッド、２１筒形リニアモータ、２２第１軸受、２３第２軸受

Claims

筒状の固定子と、該固定子の内側に位置し、該固定子に対して軸方向に相対変位可能に設けられた筒状の可動子と、該可動子の内側に位置し、筒状又は柱状に形成されて基端部が前記固定子に接続される固定ロッドと、からなる筒形リニアモータであって、
前記固定子には、筒状に形成されるコアと該コアの内周面に配置される複数個のコイル又は、筒状に形成されて内周面に複数個の永久磁石のいずれか一方が構成されて、
前記可動子には、筒状に形成されるコアと該コアの外周面に配置される複数個のコイル又は、筒状に形成されて外周面に複数個の永久磁石のいずれか他方が構成されて、
前記可動子の先端部内周面に配置されて前記固定ロッドの外周面を摺動可能に支持する第１軸受と、前記固定ロッドの先端部外周面に配置されて前記可動子の内周面を摺動可能に支持する第２軸受と、を具備することを特徴とする筒形リニアモータ。
前記可動子が前記固定子に対して相対変位されて、前記可動子が伸長側のストロークエンドに到達した時点で、前記第１軸受と前記第２軸受との相互の端面が当接されることを特徴とする請求項１に記載の筒形リニアモータ。