電磁懸架系統的製作方法

2023-06-24 13:32:46

專利名稱：電磁懸架系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及適合用於緩衝車輛的振動的電磁懸架。
背景技術：
通常，在汽車等車輛中，在車身側與各車軸側之間設置有緩衝器。作為這種緩衝器，已知的是使用平板形的線性電機(linear motor)的電磁懸架(例如,參照專利文獻I 3特開平9-121529號公報、特開2006-74987號公報、及特開2010-141978號公報)。現有技術的電磁懸架構成為，在成為平板狀的可動件的兩面上設置磁鐵，同時，設置由面對可動件的兩面的多個磁極組成的電樞。
但是，在現有技術的電磁懸架中，儘管其構成為由電樞的磁極夾持可動件，因此可使電磁懸架相對於可動件的延伸方向伸縮，但不能使可動件和電樞相對旋轉。另ー方面，在將電磁懸架搭載於汽車等車輛的情況下，根據車輛的幾何學，在除作為電磁懸架的行程方向的上、下方向之外的方向上力也產生作用。例如在將電磁懸架用於汽車前輪的情況下，電磁懸架需要與在轉彎處的方向盤的轉向角相配合地旋轉。另外，例如在越過路面的突起的情況或在車輛滾動(roll)的情況下，除行程(stroke)方向的カ對電磁懸架產生作用之外，與行程方向正交的橫方向的力(下面稱為橫向力)也產生作用。這樣，根據車輛的行駛條件，除對行程方向之外的方向還有複雜的カ產生作用，因此，存在很難簡單地將電磁懸架用於平板形的線性電機的問題。

發明內容
本發明是鑑於上述問題而設立的，本發明的目的在於提供能夠易於適用於車輛的電磁懸架。本發明的電磁懸架具備安裝於第一被安裝體的殼體；固定並配置於該殼體內的至少ー個可動件或至少ー個電樞的一方；以及可移動地配置於所述殼體內的至少ー個可動件或至少ー個電樞的另一方。所述可動件具有平面狀配置的多個磁鉄。所述電樞具有相對於所述可動件可相對移動地平面狀配置的多個磁扱。在可移動地配置於所述殼體內的所述可動件或電樞的另一方上設置有沿所述相對移動方向延伸的杆。該杆構成為貫通設置於所述殼體的導杆並伸出至所述殼體的外部，從而可安裝於第二被安裝體。該電磁懸架設置有允許所述第一被安裝體和第二被安裝體相對旋轉的旋轉機構。根據本發明的一方面，所述至少一個可動件包含兩個可動件，該兩個可動件固定於所述殼體內。另外，所述至少一個磁鐵含有多個磁鐵，各可動件在其兩面具有平面狀配置的多個磁鉄。所述電樞可移動地配置於所述殼體內，所述兩個可動件的兩面上分別具有對置的多個磁扱。所述杆可旋轉地連接到所述電樞中所述兩個可動件之間的部分。


圖I是表示本發明第一實施方式的電磁懸架得的縱剖面圖。
圖2是從圖I中的箭頭II-II方向觀察的橫剖面圖。圖3是從圖I中的箭頭III-III方向觀察的橫剖面圖。圖4是表示本發明第二實施方式的電磁懸架的縱剖面圖。圖5是從圖4中的箭頭V-V方向觀察的橫剖面圖。圖6是從圖4中的箭頭VI-VI方向觀察的橫剖面圖。圖7是表示本發明的第三實施方式的電磁懸架的縱剖面圖。圖8是從圖7中的箭頭VIII-VIII方向觀察的橫剖面圖。 圖9是將本發明第四實施方式的電磁懸架的主要部分放大表示的縱剖面圖。圖10是將圖9中的可動件以單體表示的右側面圖。圖11是從圖10中的箭頭XI-XI方向看到的橫剖面圖。圖12是將本發明第五實施方式的電磁懸架的主要部分放大表示的縱剖面圖。圖13是從圖12中的箭頭XIII-XIII方向看到的橫剖面圖。圖14是將本發明第六實施方式的電磁懸架的主要部分放大表示的縱剖面圖。圖15是將本發明第七實施方式的電磁懸架的主要部分放大表示的橫剖面圖。圖16是將本發明第八實施方式的電磁懸架的主要部分放大表示的縱剖面圖。
具體實施例方式下面，按照附圖詳細地說明本發明的實施方式的電磁懸架。圖I 圖3表不本發明的第一實施方式。圖中，電磁懸架I由殼體2、可動件3、電樞7、杆13等構成。殼體2形成為例如橫截面為大致方形的方筒狀，其內部收容有可動件(磁性部件)3及電樞7。殼體2由沿成為行程方向的軸方向延伸的筒部2A、設置於筒部2A的一端側的安裝部2B、設置於筒部2A的另一端側的導杆支承部2C構成。安裝部2B形成為方形的平板狀，同時，安裝於作為一方的被安裝體的車輛的彈簧下構件A(例如車軸)上。導杆支承部2C形成為沿軸方向延伸的圓筒狀，其內部安裝有後述的導杆14。另外，後述的車輛的彈簧上構件B (例如車身)為另一方被安裝體，杆13的前端側安裝於彈簧上構件B。可動件3形成為平板狀，沿殼體2向軸方向(圖I中的上、下方向)延伸。可動件3由使用磁性體平板狀形成的軛4、平板狀配置於該軛4的表面及背面的多個永久磁鐵5構成。此時，在行程方向(軸方向)相鄰的兩個永久磁鐵5例如互為反極性。另外，在本說明書中，「可動件」是指相對於電樞可相對地移動，包含「可動」的用語。在可動件3的一端側安裝有由例如弾性材料等組成的擋塊6。擋塊6可接觸地設置於安裝部2B，緩和電磁懸架I收縮時的衝擊。可動件3的另一端側連接到後述的杆13。而且，可動件3在殼體2內沿軸方向可移動地配置。電樞7由磁極8、線圈9及鐵芯10構成。磁極8與可動件3的表面及背面對置地平面狀配置有多個。具體而言，與可動件3的表面對置地設置有三個磁極8，同時，這三個磁極8沿軸方向並列配置。同樣，與可動件3的背面對置地設置有三個磁極8，同時，這三個磁極8沿軸方向並列配置。另外，各磁極8形成為向與可動件3的表面或背面正交的方向延伸的方柱狀，在其外周卷繞有線圈9。另外，磁極8的個數不限於圖示的個數，可根據設計規格等適當設定。
磁極8與線圈9以可動件3為中心配置於厚度方向(圖I的紙面的左、右方向)的兩側。即，表面側的磁極8及線圈9與背面側的磁極8及線圈9按照夾持可動件3的方式配置。在此，與可動件3的厚度方向對置的兩個線圈9為同相。另ー方面，在行程方向(軸方向)相鄰的兩個線圈9在電角度上具有各120度的相位差的方式配置。由此，共六個線圈9每兩個一相地分為三相。例如，圖2中沿軸方向排列的三個電樞7中，最上段的電樞7所包含的兩個線圈9為U相，中段的電樞7所包含的兩個線圈9為V相,最下段的電樞7所包含的兩個線圈9為W相。同相的兩個線圈9可以串聯安裝布線，也可以並聯安裝布線。布線方法可根據驅動電源側的電壓及電流規格適當選擇。多個磁極8通過鐵芯10彼此連接。鐵芯10形成為橫截面為方形的方筒狀，並安裝有多個磁極8。鐵芯10固定於殼體2上。在鐵芯10上沿行程方向分開地安裝有在厚度方向夾持可動件3的多個支承構件 11。另外，在鐵芯10上沿行程方向分開地安裝有在寬度方向(圖I的紙面前、後方向)夾持可動件3的多個支承構件12。支承構件11、12由安裝於鐵芯10的旋轉軸11A、12A、可旋轉地安裝於該旋轉軸11A、12A的轉子11B、12B組成，構成滑動機構。而且，支承構件11、12允許可動件3和電樞7相對於行程方向相對移動。另外，支承構件11保持有可動件3和電樞7之間的厚度方向的空隙。另外，支承構件11、12由滾動軸承構成。有時高速下的微振幅對電磁懸架I產生作用，滾動軸承偏向磨損，音及振動増大。在該情況下，轉子11B、12B的外周可以使用燒制有聚氨酯等樹脂的滾動軸承，也可以使用滑動軸承構成。杆13經由旋轉機構16連接到可動件3，並與可動件3 —同沿軸方向位移。杆13形成為沿軸方向延伸的圓柱狀，基端側安裝有旋轉機構16，同時，前端側通過導杆支承部2C突出至殼體2的外部。杆13的前端側安裝於作為另一方被安裝體的車輛的彈簧上構件B (例如車身)。另外，導杆支承部2C上安裝有導杆14作為橫向力支承機構。導杆14例如由套筒軸承構成，允許杆13向軸方向位移，同時，承受作用於杆13的橫向力。另外，導杆14不限於套筒軸承，例如也可以由滾動軸承構成。在導杆支承部2C上，比導杆14位於前端側位置安裝有0形圈等密封件15。密封件15防止來自外部的水、塵土等的進入，為保護可動件3及電樞7的部件。而且，杆13貫通導杆14及密封件15配置。旋轉機構16安裝於可動件3的另一端側，同吋，連接杆13與可動件3。旋轉機構16例如利用角接觸球軸承構成，允許杆13以沿行程方向的軸為中心旋轉。另外，旋轉機構16不限於角接觸球軸承，只要允許杆13旋轉，則也可以為其它結構。另外，在車輛等構造上對旋轉角度存在制約的情況下，也可以對殼體2及杆13施加表示安裝位置及旋轉限度的標記(marking)。另外，旋轉機構16安裝於杆13的外徑側。在此，在殼體2的內部，位於導杆支承部2C的周圍設置有由例如弾性材料等組成的擋塊17。擋塊17可接觸地設置於旋轉機構16,緩和電磁懸架I伸出時的衝擊。本實施方式的電磁懸架I具有如上述的結構，接著對其作動進行說明。在使電磁懸架I介於車輛的彈簧下構件A與彈簧上構件B之間的情況下，除了行程方向的カ產生作用之外，根據車輛的幾何學對行程方向之外複雜的力也產生作用。例如在車輛上、下方向發生振動的情況下，在電磁懸架I上力沿行程方向產生作用。根據該力，可動件3與電樞7相對移動。此時，通過在線圈9流過任意電流，能夠調整電磁懸架I的阻尼力，從而能夠提高車輛的舒適性及操縱穩定性。另外，也可以構成為在電磁懸架I上設置行程傳感器，使用該行程傳感器控制流過線圈9的電流。該情況下，行程傳感器檢測電樞7與可動件3之間的絕對位置、或相對位置及電角度。由此，驅動電路(未圖示)能夠根據電角度向線圈9供給獲得所期望的阻尼力的最佳電流。 另ー方面，例如在轉彎處操縱方向盤的情況下，除行程方向之外的カ對電磁懸架I產生作用。具體而言，由於具有根據方向盤操作使輪胎的朝向根據行進方向改變的必要性，因此，在彈簧下構件A與彈簧上構件B之間產生相對旋轉，繞軸旋轉的方向的カ對電磁懸架I產生作用。此時，彈簧下構件A與彈簧上構件B之間的相對旋轉由設置於可動件3與杆13之間的旋轉機構16擔當，可動件3及電樞7相對於杆13旋轉。另外，例如在越過路面的突起的情況及車輛滾動的情況下，與行程方向正交的橫向カ對電磁懸架I產生作用。該橫向力作用於杆13,同時,經由導杆14傳遞給殼體2。由此，橫向カ不對可動件3和電樞7產生作用，能夠降低可動件3與電樞7因橫向力的影響而接觸的可能性。這樣,根據第一實施方式，由於在電磁懸架I上設置有旋轉機構16,所以彈簧上構件B和彈簧下構件A之間可進行相對旋轉，能夠不改變現有的車輛構造就將電磁懸架I適用於通用的車輛。另外，由於旋轉機構16設置於杆13和可動件3的連接部，因此，能夠通過旋轉機構16允許杆13和可動件3的相對旋轉。而且，由於能夠將旋轉機構16收容於殼體2內，因此，能夠保護旋轉機構16不受來自外部的水、泥、塵土等影響。另外，由於導杆14成為支承橫向力的橫向力支承機構，因此，作用於杆13的橫向力能夠經由導杆14由殼體2支承。因此，橫向カ不對可動件3和電樞7產生作用，能夠降低可動件3和電樞7接觸的可能性。其結果能夠降低在行駛時伴隨可動件3和電樞7接觸產生不愉快的聲音、因接觸時的衝擊設置於電樞7的線圈9斷線導致電磁懸架I的功能降低、因接觸時的衝擊設置於可動件3的永久磁鐵5斷裂導致性能降低的可能性，從而能夠提高電磁懸架I的可靠性。另外，由於殼體2形成為橫截面為方形形狀，因此，能夠易於將成為平板狀的可動件3和與可動件3的兩面對置的電樞7的磁極8收容於殼體2內。而且，能夠使可動件3、電樞7的磁極8等形成為加工容易的平板狀，從而能夠提高生產率。該情況下，電磁懸架I的橫截面的外形為方形，在相對旋轉的情況下，需要確保最大與電磁懸架I的對角線相當的外徑、或其以上的空間。因此，為了彈簧下構件A與彈簧上構件B之間的金屬件及電纜、輪胎等不互相干擾，例如在截面為長方形的情況下，也可以通過將長方形的長邊配置於車輛的行進方向，並與輪胎一同改變電磁懸架I的朝向來避免幹擾。在截面為正方形的情況下，可以將任何ー邊配置於車輛的行進方向。而且，由於在可動件3與電樞7之間配置有多個支承構件11、12，因此，通過這兩個支承構件11、12能夠允許可動件3與電樞7沿行程方向相對移動。另外，設置於可動件3的厚度方向的兩側的支承構件11由於保持可動件3與電樞7之間的厚度方向的空隙，因此，能夠通過支承構件11防止可動件3和電樞7的接觸。接著，圖4 圖6表不本發明的第二實施方式。第二實施方式的特徵在於,在殼體內固定兩個可動件，同時，設置相對於該可動件可移動的電樞，在該電樞中兩個可動件之間的部分連接設置可旋轉的杆。第二實施方式的電磁懸架21由殼體22、可動件23、電樞26、杆32等構成。殼體22形成為例如橫截面為大致方形的方筒狀，其內部收容有可動件23及電樞26。與第一實施方式的殼體2同樣，殼體22由筒部22A、安裝部22B及導杆支承部22C構成。安裝部22B安裝於作為一方被安裝體的車輛的彈簧下構件。導杆支承部22C形成為沿軸方向延伸的圓筒狀，其內部安裝有後述的導杆33。 可動件23形成為平板狀，沿殼體22向軸方向(圖4的紙面中上、下方向)延伸。可動件23由使用磁性體平板狀的軛24、平板狀配置於該軛24的表面及背面的多個永久磁鐵25構成。此時,在行程方向(軸方向)相鄰的兩個永久磁鐵25例如互為反極性。另外，可動件23位於殼體22內且在互相平行的狀態下設置有兩個，並且固定於殼體22。具體而言，可動件23的軸方向的一端側經由固定構件23A固定於安裝部22B，另ー端側經由固定構件23B固定於導杆支承部22C。電樞26由磁極27、線圈28及鐵芯29構成。磁極27與一方可動件23的表面及背面對置地平面狀配置有多個，同吋，與另一方可動件23的表面及背面對置地平面狀配置有多個。具體而言，與一方可動件23的表面對置地設置有三個磁極27，同時，這三個磁極27沿軸方向並列配置。另外，與一方可動件23的背面對置地設置有三個磁極27，同吋，這三個磁極27沿軸方向並列配置。同樣，在另一方可動件23的兩面側也分別對置設置有各三個磁極27。而且，各磁極27形成為向與可動件23的表面或背面正交的方向延伸的方柱狀，其外周卷繞有線圈28。另外，磁極27的個數不限定於圖示的個數，可根據設計規格等適當設定。磁極27及線圈28按照分別夾持兩個可動件23的方式配置。而且，在可動件23的厚度方向對置的4個線圈28為同相。另ー方面，在行程方向(軸方向)相鄰的兩個線圈28以電角度上具有各120度的相位差的方式配置。由此，共12個線圈2每4個ー相地分為三相。例如，在圖4中，最上段的兩個電樞26包含的4個線圈28為U相，中段的兩個電樞26所包含的4個線圈28為V相，最下段的兩個電樞26所包含的4個線圈28為W相。同相的4個線圈28可以按串聯方式布線，也可以按並聯方式布線。布線方法可以根據驅動電源側的電壓及電流規格而適當選擇。多個磁極27通過鐵芯29彼此連接。鐵芯29形成為橫截面為方形的方筒狀，並安裝有多個磁極27。電樞26位於殼體22內且相對於殼體22及可動件23可移動地配置。在鐵芯29上沿行程方向分開地安裝有在厚度方向夾持可動件23的多個支承構件30，同時，沿行程方向分開地安裝有在寬度方向(在圖4的紙面中前、後方向)夾持可動件23的多個支承構件31。而且，支承構件30、31與第一實施方式的支承構件11、12大致同樣地構成，構成允許可動件23和電樞26相對於行程方向相對移動的滑動機構。另外，支承構件30保持有可動件23和電樞26之間的厚度方向的空隙。杆32經由旋轉機構35連接到電樞26的另一端側，並與電樞26 —同沿軸方向位移。杆32形成為沿軸方向延伸的圓柱狀，基端側安裝有旋轉機構35，同時，前端側通過導杆支承部22C突出至殼體22的外部。杆32的前端側安裝於作為另一方被安裝體的車輛的彈簧上構件。另外，在導杆支承部22C上安裝有導杆33作為橫向力支承機構。導杆33與第一實施方式的導杆14大致同樣地構成，允許杆32沿軸方向位移，同時，支承作用於杆32的橫向力。而且，在導杆支承部22C上，比導杆33位於前端側位置安裝有0形圈等密封件34。旋轉機構35安裝於電樞26的另一端側，同時連接杆32和電樞26。旋轉機構35與第一實施方式的旋轉機構16大致同樣地構成，允許杆32以沿行程方向的軸為中心旋轉。另外，在殼體22的內部，位於軸方向的兩端側設置有由例如彈性材料等組成的擋塊36、37。擋塊36可接觸地設置於電樞26的一端側，緩和電磁懸架21收縮時的衝擊。另 一方面，擋塊37可接觸地設置於電樞26的另一端側，緩和電磁懸架21伸出時的衝擊。另夕卜，也可以按照在殼體22的內部位於導杆支承部22C的周圍方式設置緩和電磁懸架21伸出時的旋轉機構35的衝擊的擋塊。這樣，在第二實施方式中，能夠獲得與第一實施方式大致相同的作用效果。通常，在電磁懸架中，為了確保舒適性和操縱穩定性而尋求高推力化。另外，為了使車輛的行駛時的振動能量高效地再生，優選在使三相線圈短路的情況下產生的相對於行程速度的抵抗力較大，即電磁懸架的阻尼係數較大。與此相對，在第二實施方式的電磁懸架21中，在殼體22內固定兩個可動件23，同時，設置相對於該可動件23可移動的電樞26。因此,與第一實施方式相比，能夠增加與電樞26對置的可動件23的表面積，井能夠增大推力及阻尼係數。另外，由於將電樞26配置於電磁懸架21的中心線，因此,能夠經由旋轉機構35將杆32配置於電樞26的中心部分。因此，殼體22使軸方向的長度尺寸縮短，且可成為簡單的構造，從而能夠使電磁懸架21的總長度縮短。由此，通過提高向車輛的搭載性，及將總長度縮短的量添加到電樞26及可動件23的總長度上，從而可提高性能及延長行程長，進而可確保車輛的行程及提高電磁懸架21的性能。接著，圖7及圖8表示本發明的第三實施方式。第三實施方式的特徵在於，其構成為相對於多個磁極卷繞共用的線圈。第三實施方式的電磁懸架41由殼體42、可動件43、電樞46、杆52等構成。殼體42形成為例如橫截面為大致方形的方筒狀，其內部收容有可動件43及電樞46。與第二實施方式的殼體22同樣，殼體42由筒部42A、安裝部42B及導杆支承部42C構成。安裝部42B安裝於作為一方被安裝體的車輛的彈簧下構件。導杆支承部42C形成為沿軸方向延伸的圓筒狀，其內部安裝有後述的導杆53。可動件43形成為平板狀，沿殼體42向軸方向(圖7的紙面中上、下方向)延伸。可動件43由使用磁性體平板狀形成的軛44、平板狀配置於該軛44的表面及背面的多個永久磁鐵45構成。此時，在行程方向(軸方向)相鄰的兩個永久磁鐵45例如互為反極性。另外，與第二實施方式的可動件23大致同樣地，可動件43位於殼體42內且在互相平行的狀態下設置有兩個，同時，其兩端側利用固定構件43A、43B固定於殼體42。電樞46由磁極47、線圈48及鐵芯49構成。磁極47與一方可動件43的表面及背面對置地平面狀多個配置，同吋，與另一方可動件43的表面及背面對置地平面狀多個配置。具體而言,與一方可動件43的表面對置地設置有12個磁極47,同時,這12個磁極47沿軸方向並列配置。另外，與一方可動件43的背面對置地設置有12個磁極47，同時，這12個磁極47沿軸方向並列配置。同樣地，在另一方可動件43的兩面側也分別對置地設置有各12個磁極47。在此，沿軸方向排列的12個磁極47，每4個ー組分為三組。在各組的4個磁極47上卷繞共用的線圈48。另外，在各組沿軸方向相鄰的兩個磁極47間的間距設定為例如相對於軸方向從永久磁鐵45的N極到下ー個N極間的距離T p，即以相對於在軸方向相鄰的兩個永久磁鐵45間的間距的大致2倍的值為基準進行設定。因此，磁極47間的間距可以設定為距離T p，以降低作用於電樞46與可動件43之間的推力脈動為目的，也可以設定為從距離T p偏移例如相當於電角度5度或10度等任意的角度。另外，磁極47的個數不限定 於圖示的個數，可根據設計規格等適當設定。磁極47及線圈48按照分別夾持兩個可動件43的方式進行配置。而且，在可動件43的厚度方向對置的4個線圈48為同相。另ー方面，在行程方向(軸方向)相鄰的兩個線圈48按照具有電角度各120度的相位差的方式配置。由此，共12個線圈48每4個ー相地分為三相。例如，圖7中，最上段的兩個電樞46所包含的4個線圈48為U相，中段的兩個電樞46所包含的4個線圈48為V相，最下段的兩個電樞46所包含的4個線圈48為W相。同相的4個線圈48可以按串聯方式布線，也可以按並聯方式布線。布線方法可以根據驅動電源側的電壓及電流規格適當選擇。多個磁極47通過鐵芯49彼此連接。鐵芯49形成為橫截面為方形的方筒狀，並安裝有多個磁極47。電樞46位於殼體42內並相對於殼體42及可動件43可移動地配置。在鐵芯49上沿行程方向離間地安裝有在厚度方向夾持可動件43的多個支承構件50，同時，沿行程方向離間地安裝有在寬度方向(圖7中的前、後方向)夾持可動件43的多個支承構件51。而且，支承構件50、51與第一實施方式的支承構件11、12大致同樣地構成，構成允許可動件43和電樞46相對於行程方向相對移動的滑動機構。另外，支承構件50保持有可動件43與電樞46之間的厚度方向的空隙。杆52經由旋轉機構55連接到電樞46的另一端側，與電樞46 —同向軸方向位移。杆52形成為沿軸方向延伸的圓柱狀,基端側安裝有旋轉機構55,同時,前端側通過導杆支承部42C突出至殼體42的外部。杆52的前端側安裝於作為另一方被安裝體的車輛的彈簧上構件。另外,在導杆支承部42C上安裝有導杆53作為橫向力支承機構。導杆53與第一實施方式的導杆14大致同樣地構成,允許杆52向軸方向位移，同時，支承作用於杆52的橫向力。而且，在導杆支承部42C上，比導杆53位於前端側位置安裝有密封件54。旋轉機構55安裝於電樞46的另一端側，同時,連接杆52與電樞46。旋轉機構55與第一實施方式的旋轉機構16幾乎同樣地構成，允許杆52以沿行程方向的軸為中心旋轉。另外，在殼體42的內部設置有位於軸方向的兩端側位置且由例如弾性材料等組成的擋塊56、57。而且，在電樞46上安裝有行程傳感器58。行程傳感器58由例如對安裝部42B和電樞46之間的直線距離進行測定的電位計構成,測定電樞46和可動件43之間的相對位置關係。因此，能夠基於行程傳感器58獲得的信息向線圈48供給最佳電流。另外，行程傳感器58不限定於電位計，只要能夠測定電樞46和可動件43之間的相對位置、或絕對位置的傳感器即可，例如檢測霍爾元件、雷射位移計，或者也可以檢測滾動軸承的旋轉角度。這樣，在第三實施方式中，也能夠獲得與第一、第二實施方式大致相同的作用效果。特別是，在第三實施方式中，由於其構成為相對於4個磁極47卷繞共用的線圈48，因此，能夠增大電磁懸架41的阻尼係數。對該效果進行具體地說明。通常，在電磁懸架中，為了使車輛的行駛時的振動能量高效地再生，優選的是，相對於在使三相線圈短路的情況下產生的行程速度的抵抗力較大，即電磁懸架的阻尼係數C較大。該阻尼係數C通過下面的算式I求得，與反電動勢常數Ke成正比，電阻值R平方 成反比例。C ニS卩，優選電阻值R小反電動勢常數Ke大的磁懸架。在此，卷繞n次的線圈產生的反向電壓e採用法拉第的電磁感應法則通過算式2算出。
I UUOOJLI
(It假設交鏈磁通Cp以振幅Cpm，角速度CO (CO = 2 31 f)變為正弦波狀(Cp =CpmCOSCOt )，
則反向電壓的大小E通過下面的數3式算出。
ClI_E : 1— I!l^ 11 m ^l8SIil CW11 = Ii 2 m I
Cl I.通過算式3，増大反向電壓的方法有以下幾種選擇，増加線圈的匝數n、提高頻率f、増大交鏈磁通Cp的振幅9m。其中，線圈的匝數n受電磁懸架的外形尺寸的制約，交鏈磁通數受永久磁鐵的保持力及殘留磁通密度與永久磁鐵及磁極之間的空隙的制約。另ー方面，頻率f可根據電樞和可動件的設計變更，為了増大阻尼係數C，優選的是較高的頻率。但是，為了提高頻率f，需要増加電樞及可動件的磁極，在將電磁懸架的外形尺寸設為固定的情況下，減小線圈及永久磁鐵每ー個的尺寸，來増加數量。此時，由於永久磁鐵為機械加工零件，因此，減小尺寸較為容易，若減小線圏，則有每一個線圈的絕緣物所佔的體積增大，有空間係數低下性能降低的顧慮。除此之外，由於線圈間的接線數也増加，因此，電樞的製作性降低。從以上的方面考慮，本實施方式在多個(4個)磁極47上卷繞共用的線圈48。由此，使電磁懸架41的外形尺寸保持與第二實施方式相同大小，同時，提高磁通變化的頻率並增大阻尼係數C。接著，圖9 圖11表示本發明的第四實施方式。第四實施方式的特徵在於，其構成為將可動件的永久磁鐵安裝於由非磁性體組成的磁鐵固定構件。另外，在第四實施方式中，對與上述的第三實施方式相同的構成要素附加相同的符號，省略其說明。第四實施方式的電磁懸架61與第三實施方式的電磁懸架41大致同樣地構成。但是，可動件62構成為將由磁性體組成的磁鐵連結構件63通過兩個永久磁鐵64夾持的同時埋入由梯狀的非磁性體組成的磁鐵固定構件65。而且，可動件62通過電樞46的磁極47及線圈48夾持。這樣，在第四實施方式中，也能夠獲得與第三實施方式大致相同的作用效果。在第三實施方式中，可動件43構成為使永久磁鐵45和由磁性體組成的軛44的兩面貼合。該情況下，通過使由磁性體組成的軛44介於永久磁鐵45之間，能夠以較少的磁鐵量模擬較大的磁鐵。但是，磁性體的使用量增多，作用於電樞46和可動件43之間的吸引力増大，可動件43的撓曲及對支承構件50的負荷増大。與此相對，在第四實施方式中，由於採用由非磁性體組成的磁鐵固定構件65形成可動件62，因此，能夠減少在可動件62的磁性體的使用量，降低作用於電樞7和可動件62之間的吸引力，也減輕對支承構件50的負荷。另外，由於維持可動件62的剛性所需的強度也降低，因此，可動件62變薄，可實現小型、輕量化。
而且，在第三實施方式的可動件43中，從表面側的永久磁鐵45產生的磁通分為經由軛44朝向在厚度方向上對置的背面側的永久磁鐵45的磁通和朝向在軸方向上相鄰的永久磁鐵45的磁通兩個路徑。其中，朝向在軸方向上相鄰的永久磁鐵45的磁通成為漏磁通而不利於推力。與此相對，在第四實施方式中，在由非磁性體組成的磁鐵固定構件65上安裝有永久磁鐵64。因此，從表面側的永久磁鐵64產生的磁通經由以磁性體組成的磁鐵連結構件63流入背面側的永久磁鐵64。另ー方面，由於在軸方向相鄰的永久磁鐵64之間配置有由非磁性體組成的磁鐵固定構件65，因此，與第三實施方式相比，朝向在軸方向上相鄰的永久磁鐵64的磁通減少。其結果，漏磁通降低從而推力及阻尼係數提高。另外，在第四實施方式中，以將可動件62用於與第三實施方式相同的電磁懸架61的情況為例進行了說明，但也可用於第一、第二實施方式的電磁懸架1、21。接著，圖12及圖13表示本發明的第五實施方式。第五實施方式的特徵在於，其構成為在沿可動件的厚度方向層疊的多個線圈之間形成布線用空間，在該布線用空間內安裝線圈用布線。另外，在第五實施方式中，對與上述的第三實施方式相同的構成要素附加相同的符號，省略其說明。第五實施方式的電磁懸架71與第三實施方式的電磁懸架41大致同樣地構成。另夕卜，電樞72與第三實施方式的電樞46大致同樣地構成，由磁極73、線圈74及鐵芯75構成。在此，磁極73及線圈74在可動件43的厚度方向四段配置。在電樞72上形成有位於這4段線圈74中的第二段和第三段之間並沿軸方向延伸的布線用空間76。在布線用空間76內配置用於對線圈74供電的布線77。另外，杆52設為具有貫通軸方向的貫通孔78的中空構造，並經由貫通孔78，布線77被導出至外部。這樣，在第五實施方式中，也能夠獲得與第三實施方式大致相同的作用效果。在第五實施方式中，由於在沿可動件43的厚度方向層疊的多個線圈74間形成布線用空間76，且在該布線用空間76內設置布線77，因此，能夠在電樞72的內部進行線圈74和布線77的連接。因此，在製造時容易進行絕緣檢查，同時，能夠經由杆52內的貫通孔78等在外部取出布線77。其結果是，儘可能將布線77設為從外部看不見的構造，能夠從外部保護所有布線77，不必顧慮弄錯而將布線77斷線。另外，在第五實施方式中，以用於與第三實施方式相同的電磁懸架71的情況進行了說明，但也可以適用於第二、第四實施方式的電磁懸架21、61。
接著，圖14表示本發明的第六實施方式。第六實施方式的特徵在於，其構成為在線圈和可動件之間配置磁極。另外，在第六實施方式中，對與上述的第三實施方式相同的構成要素附加相同的符號，省略其說明。第六實施方式的電磁懸架81與第三實施方式的電磁懸架41大致同樣地構成。另夕卜，電樞82與第三實施方式的電樞46大致同樣地構成，其由磁極83、線圈85及鐵芯86構成。在此，沿軸方向排列的6個磁極83通過連結部84彼此連結，同時，連結部84構成為軸方向的長度尺寸比6個磁極83小。由此，在連結部84的軸方向的兩側形成有凹部84A,同時，在凹部84A安裝有線圈85。其結果，在線圈85和可動件43之間配置磁極83。另外，卷繞共通的線圈85的磁極83的個數可以為2個以上的多個，也可以為I個。磁極83的個數可根據設計規格等適當設定。這樣，在第六實施方式中，也能夠獲得與第三實施方式大致相同的作用效果。在第六實施方式中，由於在線圈85和可動件43之間配置有磁極83，因此，與線圈85對置的永久 磁鐵45也有利於推力。因此，能夠實現電磁懸架81的小型化、輕量化、高推力化、高阻尼係數化。另外，由於在線圈85和可動件43之間配置有磁極83，因此，容易保持線圈85，且能夠降低線圈85和可動件43接觸的可能性。因此，在可動件43彎曲並與電樞82接觸的情況下，可動件43也不會與線圈85接觸，能夠防止線圈85的斷線或短路，從而能夠提高可靠性。另外，在第六實施方式中，以用於與第三實施方式相同的電磁懸架81的情況為例進行了說明，但也可以適用於第一、第二、第四、第五實施方式的電磁懸架1、21、61、71。接著，圖15表示本發明的第七實施方式。第七實施方式的特徵在於，其構成為將電磁懸架設為截面為圓形的外形形狀。另外，在第七實施方式中，對與上述的第二實施方式相同的構成要素附加相同的符號，省略其說明。第七實施方式的電磁懸架91與第二實施方式的電磁懸架21大致同樣地構成。但是，截面圓形地形成殼體92及電樞93。在此，電樞93由磁極94、95、線圈96、97及鐵芯98構成。內徑側的磁極94被兩個可動件23夾持並配置於內徑側。外徑側的磁極95配置於作為兩個可動件23的厚度方向外側的外徑側。磁極94、95通過鐵芯98互相連接。在內徑側的磁極94上卷繞內徑側的線圈96，在外徑側的磁極95上卷繞外徑側的線圈97。另外，外徑側的磁極95的寬度尺寸(圖15的紙面的上、下方向的尺寸)比內徑側的磁極94的寬度尺寸小。同樣地，外徑側的線圈97的寬度尺寸比內徑側的線圈96的寬度尺寸小。另外，內徑側的線圈96和外徑側的線圈97的高度尺寸及寬度尺寸可設定為任意值，為了使線圈96、97間的磁通勢一致，也可以構成為將匝數設為相同的值僅尺寸不同。另夕卜，由幹與外徑側的線圈97相比內徑側的線圈96與鐵芯98相接的面積較少、散熱性能較差，因此，也可以使內徑側的線圈96的匝數比外徑側的線圈97的匝數減少。該情況下，也可以將內徑側的線圈96減少的量的匝數追加給外徑側的線圈97。這樣，在第七實施方式中，也能夠獲得與第二實施方式大致相同的作用效果。在第七實施方式中，由於將電磁懸架91設為截面為圓形的外形形狀，因此，與截面為方形形狀的情況相比，無需考慮電磁懸架91的安裝方向，就能夠提高安裝作業性。另外，能夠在電磁懸架91的外周側安裝線圈彈簧，與線圈彈簧一體構造化容易。另外，在第七實施方式中，以用於與第二實施方式相同的電磁懸架91的情況為例進行說明，但也可以適用於第一、第三乃至第六實施方式的電磁懸架1、41、61、71、81。接著，圖16表示本發明的第八實施方式。第八實施方式的特徵在於，其構成為在被兩個可動件夾持的多個磁極上卷繞共用的線圈。另外，在第八實施方式中，對與上述的第三實施方式相同的構成要素附加相同的符號，省略其說明。第八實施方式的電磁懸架101與第三實施方式的電磁懸架41大致同樣地構成。電樞102由磁極103、105、線圈107、108及鐵芯109構成。內徑側的磁極103被兩個可動件43夾持並配置於內徑側。另外，與一方可動件43對置的三個磁極103和與另ー 方可動件43對置的三個磁極103，通過連結部104連結。在連結部104卷繞線圈107。外徑側的磁極105配置於作為兩個可動件43的厚度方向外側的外徑側。另外，沿軸方向排列的三個磁極105通過連結部106互相連結，同時，在通過連結部106連結的三個磁極105上卷繞共用的線圈108。磁極103、105通過鐵芯109彼此連接。這樣，在第八實施方式中也能夠獲得與第三實施方式大致相同的作用效果。在第八實施方式中，沿厚度方向4段層疊的磁極103、105中，在位於中段(第二段及第三段)的磁極103上卷繞有共用的線圈107，因此，與每段設置線圈的情況相比，能夠削減線圈107的個數。因此，中段的線圈107有不易散熱的趨勢，但能夠降低線圈107的發熱量。另外，在中段的線圈107的發熱成為問題的情況下，減少線圈107的匝數進而減少線圈107的發熱量，也能夠進行發熱的均等化。另外，在第一實施方式中，其為使用I個可動件3的構成，但也可以為使用2個以上可動件的構成。另外，在第二 第八實施方式中，其為使用兩個可動件23、43、62的構成，但可以為使用I個可動件的構成，也可以為使用3個以上可動件的構成。另外，在上述各實施方式中，其構成為旋轉機構16、35、55收容於殼體2、22、42、92內的結構。但是，本發明不限於此，例如可以設置設於杆的前端(突出端)的旋轉機構，也可以為在殼體的筒體與安裝部之間設置旋轉機構的結構。另外，在上述各實施方式中，其構成為將殼體2、22、42、92安裝於彈簧下構件，同時，將杆13、32、52安裝於彈簧上構件。但是，本發明不限於此，也可以構成為將殼體安裝於彈簧上構件的同時將杆安裝於彈簧下構件。根據上述實施方式的電磁懸架，採用上述構成能夠容易在車輛中使用。儘管在上述細節中僅論述了本發明的ー些優選實施方式，但本領域技術人員應該理解，在不顯著地脫離本發明的新教導和優點的範圍內，許多改進是可能的。因此，所有這類改進都包括在本發明的範圍內。2011年2月28日申請的全部公開的包含說明書、權利要求書、附圖及摘要的日本專利申請2011-041765，在此全部作為參考而引用於本申請。
權利要求
1.ー種電磁懸架,其具備 安裝於第一被安裝體㈧的殼體(2 ;22 ；42 ；92)； 固定並配置於該殼體內的至少ー個可動件(3 ；23 ；43 ；62)或至少ー個電樞(7 ；26 ；46 ；72 ；82 ；93 ；102)的一方；以及 可移動地配置於所述殼體內的至少ー個可動件或至少ー個電樞的另一方， 所述可動件具有平面狀配置的多個磁鐵(5 ；25 ；45 ;64)， 所述電樞具有相對於所述可動件可相對移動地平面狀配置的多個磁極(8 ；27 ；47 ；73 ；83 ；94 ；95 ；103 ；105)， 在可移動地配置於所述殼體內的所述可動件或電樞的另一方設置有沿所述相對移動 方向延伸的杆(13 ；32 ;52)， 該杆構成為貫通設置於所述殼體的導杆(14 ；33 ；53)井伸出至所述殼體的外部，從而可安裝於第二被安裝體(B)， 所述電磁懸架設置有允許所述第一被安裝體和第二被安裝體的相對旋轉的旋轉機構(16 ；35 ；55)。
2.如權利要求I所述的電磁懸架， 所述旋轉機構設置於所述杆和可移動地配置於所述殼體內的所述可動件或電樞的另一方的連接部。
3.如權利要求I或2所述的電磁懸架， 在所述殼體內固定配置所述可動件， 所述杆連接到所述電樞。
4.如權利要求I所述的電磁懸架， 所述至少一個可動件包含兩個可動件，該兩個可動件固定於所述殼體內， 所述至少一個磁鐵包含多個磁鐵，各可動件在其兩面具有平面狀配置的多個磁鉄， 所述電樞可移動地配置於所述殼體內，具有分別面向所述兩個可動件的兩面的多個磁扱， 所述杆可旋轉地連接到所述電樞中所述兩個可動件之間的部分。
5.如權利要求4所述的電磁懸架， 允許所述第一被安裝體和所述第二被安裝體的相對旋轉的所述旋轉機構設置於所述杆和所述電樞之間的連接部。
6.如權利要求I至5的任何一項所述的電磁懸架， 所述導杆具有作為支承與所述杆的延長方向正交的方向的橫向力的橫向力支承機構的功能。
7.如權利要求I至6的任何一項所述的電磁懸架， 所述殼體的橫截面為方形形狀。
8.如權利要求I至7的任何一項所述的電磁懸架， 在所述可動件和所述電樞之間，配置多個滑動機構(11、12;30、31 ;50、51)。
全文摘要
本發明公開了電磁懸架，其具備安裝於第一被安裝體的殼體、固定並配置於該殼體內的可動件或電樞的一方、可移動地配置於所述殼體內的可動件或電樞的另一方，在可移動地配置於所述殼體內的所述可動件或電樞的另一方上設置有沿所述相對移動方向延伸的杆，該杆構成為貫通設置於所述殼體的導杆並伸出至所述殼體的外部，可安裝於第二被安裝體，其設置有允許所述第一被安裝體和第二被安裝體相對旋轉的旋轉機構。
文檔編號H02K41/03GK102651600SQ20121004391
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月24日 優先權日2011年2月28日
發明者內海典之, 李友行 申請人:日立汽車系統株式會社