電磁サスペンション
【課題】磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減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】可動子７の永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出装置１１を、固定子２に設ける。この磁極位置検出装置１１は、固定子２に取付けられる被検出板１２と、該被検出板１２の先端側に取付けられる磁極位置検出用磁石１３と、被検出板１２の基端側に取付けられる歪センサ１４とにより構成する。歪センサ１４は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出板１２の曲げ歪を検出する。これにより、磁極位置検出装置１１は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【解決手段】可動子７の永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出装置１１を、固定子２に設ける。この磁極位置検出装置１１は、固定子２に取付けられる被検出板１２と、該被検出板１２の先端側に取付けられる磁極位置検出用磁石１３と、被検出板１２の基端側に取付けられる歪センサ１４とにより構成する。歪センサ１４は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出板１２の曲げ歪を検出する。これにより、磁極位置検出装置１１は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車、鉄道車両等の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。
【背景技術】
【０００２】
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、互いに相対直線運動可能に支持された固定子と可動子とからなる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１参照）。
【０００３】
この種の従来技術による電磁サスペンションでは、例えば３相リニア同期モータ等により構成されるリニアモータに通電する電流を、固定子と可動子との位置（ストローク位置）に応じて転流操作することで、電磁サスペンションの全可動域（全ストローク領域）で目標通りの推力（減衰力）を発生させるようにしている。
【０００４】
この場合、転流操作とは、３相リニア同期モータの磁石磁束に対して電気角で９０度進んだ位相に通電することをいう。そして、電磁サスペンションの全可動域で、９０度の電流位相を保つためには、磁石磁束の位置（磁極位置）を検出する必要がある。
【０００５】
一方、特許文献２には、リニアモータによって駆動される移動部（走行テーブル）の位置検出を、ロータリエンコーダを用いて行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２７３８３号公報
【特許文献２】特開平９−２２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２による従来技術では、移動部の移動に伴ってロータリエンコーダをワイヤによって回転させる構成となっているため、ロータリエンコーダとワイヤとの摺動面が摩耗する虞がある。このような技術を電磁サスペンションに用いると、摺動面の耐久性を十分に確保できない虞がある。
【０００８】
一方、電磁サスペンションの磁極位置の検出を、例えば磁気センサを用いて非接触で行うことが考えられる。ただし、磁気センサは高価であり、コストが嵩むという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明は、互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材とのうちの一方の部材を固定子とし、前記第１部材と第２部材とのうちの他方の部材を可動子としてなるリニアモータを用いた電磁サスペンションに適用される。
【００１１】
そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記第１部材は、永久磁石を含んで構成され、前記第２部材には、前記永久磁石の磁極位置を検出する磁極位置検出手段を設け、該磁極位置検出手段は、磁石と、前記永久磁石との吸引反発力により生じる歪を検出する歪検出手段とから構成したことにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】図１中の矢示II−II方向からみた拡大断面図である。
【図３】磁極位置検出装置等を示す図１中の（III）部に相当する拡大断面図である。
【図４】電気角と歪との関係の一例を示す特性線図である。
【図５】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６】磁極位置検出装置等を示す拡大斜視図である。
【図７】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８】磁極位置検出装置等を示す図７中の（VIII）部に相当する拡大断面図である。
【図９】本発明の第４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１０】磁極位置検出装置等を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態を示している。図において、電磁サスペンション１は、リニアモータを用いた電磁サスペンションであり、固定子２と、可動子７と、磁極位置検出装置１１とにより大略構成されている。そして、固定子２（の電機子４）と可動子７（の永久磁石９）とにより、３相リニア同期モータを構成している。
【００１６】
ここで、固定子２と可動子７とは、互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材であって、本実施の形態の場合は、第１部材と第２部材とのうちの第１部材を可動子７とし、第２部材を固定子２とした場合を例示している。しかし、これに限らず、第１部材を固定子とし、第２部材を可動子としてもよい。
【００１７】
本実施の形態で第２部材に相当する固定子２は、ケーシング３と電機子４とにより大略構成されている。ここで、ケーシング３は、例えば有底円筒状に形成されたもので、ストローク方向となる軸方向（図１の上，下方向）に延びる筒部３Ａと、該筒部３Ａの一端側（図１の上端側）を閉塞する底部３Ｂとにより構成されている。底部３Ｂには、例えば車両のばね上部材（例えば車体）に取付けられる取付アイ３Ｃが設けられている。一方、筒部３Ａの開口端側（図１の下端側）には、電機子４が固定されている。
【００１８】
電機子４は、例えば圧粉磁心や積層された電磁鋼板、磁性体片より切削加工等によって形成された略筒状のコア５と、所定の方向に巻かれてコア５内に収納された複数のコイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃとによって構成されている。ここで、コア５の他端側（図１の下端側）の開口端面には、後述する磁極位置検出装置１１の被検出板１２を取付けるための係合部５Ａが設けられている。
【００１９】
一方、各コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、後述の可動子７（の永久磁石９）の外周面と対向して配置されている。例えば、図２に示すように、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、略筒状のコア５の内周面側に位置して該コア５の周方向に配置されると共に、図１に示すように、略筒状のコア５の軸方向の３箇所位置に軸方向に離間して配置されている。なお、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃ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。
【００２０】
ここで、軸方向に隣合う３個のコイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、例えば電気角で１２０度ずつの位相差をもつように配置される。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。
【００２１】
本実施の形態で第１部材に相当する可動子７は、固定子２内で軸方向に延び、図示しない軸受等を介して該固定子２内にストローク方向（軸方向）の変位を可能に収容されている。ここで、可動子７は、ヨーク８と、複数の永久磁石９とにより大略構成されている。
【００２２】
ヨーク８は、例えば磁性体を用いて有底円筒状に形成され、ストローク方向となる軸方向に延びる筒部８Ａと、筒部８Ａの他端側（図１の下端側）を閉塞する底部８Ｂとにより構成されている。底部８Ｂには、例えば車両のばね下部材（例えば車軸）に取付けられる取付アイ８Ｃが設けられている。
【００２３】
ヨーク８の筒部８Ａの外周面側には、複数の円環状の永久磁石９が軸方向に沿って並んで配置されている。この場合、図３に示すように、軸方向で隣合う各永久磁石９は、例えば互いに逆極性になっている。
【００２４】
ところで、固定子２の各コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃに電流を流すと、これら各コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃに流れる電流と、可動子７の永久磁石９との間に電磁力が生じ、この電磁力によって電磁サスペンション１は推力（減衰力）を発生する。
【００２５】
この電磁力を制御し、目標通りの推力を発生させるためには、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃが発生する電流磁束が永久磁石９の１／２個分、即ち、電気角で９０度分だけ、永久磁石９の磁束に対してずれるように、Ｕ相コイル６Ａ、Ｖ相コイル６Ｂ、Ｗ相コイル６Ｃに流れる電流値を制御する。
【００２６】
各相に流す電流値の制御方法としては、可動子７が電気角で３６０度移動する間にＵ相コイル６Ａ、Ｖ相コイル６Ｂ、Ｗ相コイル６Ｃに流れる電流の向きを１２通りで切換えることで、電流磁束と各永久磁石９の磁束の位相差を、９０±１５度に保つ、１２０度通電方式と呼ばれる制御方法や、Ｕ相コイル６Ａ、Ｖ相コイル６Ｂ、Ｗ相コイル６Ｃそれぞれの電流の向きと大きさからなるベクトルを合成し、合成したベクトルが各永久磁石９の磁束と位相差を９０度に保つように各層の電流を制御するベクトル制御方式と呼ばれる制御方法が一般に知られている。
【００２７】
このような１２０度通電方式やベクトル制御方式で電流値の制御を行う場合、電流磁束と各永久磁石９との位相差を９０度に保つためには、永久磁石９の磁極位置を検出する必要がある。そこで、本実施の形態では、永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置１１を、第２部材に相当する固定子２に設けている。
【００２８】
磁極位置検出装置１１は、被検出部としての被検出板１２と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、固定子２を構成する電機子４の他端側（図１および図３の下端側）に設けられている。
【００２９】
被検出板１２は、例えば非磁性体により板状ないし柱状に形成されたもので、その基端側（図１および図３の上端側）は、電機子４のコア５の係合部５Ａに固定されている。図示の例では、被検出板１２の基端をコア５の係合部５Ａに凹凸係合させることにより固定しているが、このような固定構造に限定するものではない。
【００３０】
一方、被検出板１２の先端側（図１および図３の下端側）には、磁極位置検出用磁石１３が接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けられている。さらに、被検出板１２の基端側には、歪センサ１４が貼り付けられている。
【００３１】
磁極位置検出用磁石１３は、図３に示すように、被検出板１２の先端側に、磁極（Ｎ極またはＳ極）が可動子７の永久磁石９と対向するように取付けられている。これにより、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間には、可動子７の外周面に対して直交する方向（図１および図３の左，右方向）の磁気的な吸引反発力が生じるように構成している。
【００３２】
本実施の形態の場合は、磁極位置検出用磁石１３のＮ極側を可動子７の永久磁石９に対向させている。これにより、磁極位置検出用磁石１３と永久磁石９のＳ極とが対向した場合には、吸引力が生じ、磁極位置検出用磁石１３と永久磁石９のＮ極とが対向した場合には、反発力が生じる。なお、磁極位置検出用磁石１３の磁極は逆にすることもできる。即ち、磁極位置検出用磁石１３のＳ極側を可動子７の永久磁石９に対向する構成としてもよい。
【００３３】
何れにしても、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間の磁気的な吸引反発力は、可動子７が軸方向（図３の矢印Ｙ方向）に永久磁石９の２個分移動する毎に、即ち、電気角で３６０度の周期で、正弦波状に変化する。このような吸引反発力により、被検出板１２には、該被検出板１２とコア５との係合部（接合部）を中心として、可動子７の永久磁石９に近付く方向ないし離れる方向のモーメントＭが加わる。これにより、被検出板１２には、吸引反発力の大きさに応じた曲げ歪が発生する。
【００３４】
具体的には、図４に示すように、被検出板１２の曲げ歪は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間の吸引反発力の変化に従って、電気角３６０度周期で正弦波状に変化する。この場合、図３に示した角度は、図４の電気角度に対応する。本実施の形態の場合は、このような被検出板１２の曲げ歪を後述の歪センサ１４で検出することにより、この歪に対応する可動子７の永久磁石９の磁極位置を検出する（求める）構成となっている。
【００３５】
歪センサ１４は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により被検出板１２に生じる曲げ歪を検出するものである。ここで、歪センサ１４は、例えばセンサ線を介してコントローラ（いずれも図示せず）に接続されている。歪センサ１４の出力は、図４に示すように、電気角３６０度の周期で正弦波状に変化するため、例えばコントローラの演算器等で、歪センサ１４の出力の規格化値を逆正弦関数に当てはめることで、永久磁石９の磁極位置を求めることができる。
【００３６】
ここで、本実施の形態のよる歪検出手段としての歪センサ１４について詳述する。本実施の形態に示す歪センサ１４としては、従来から知られている歪ゲージの他、昨今開発された半導体歪ゲージを用いてもよい。
【００３７】
まず、従来から知られている歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを、可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造であり、歪ゲージを被測定物に接着剤で接着して使用するもので、金属薄膜が歪を受けて変形したときの抵抗変化から、歪量を算出するものである。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため、得られる電気信号を増幅する必要があり、そのため外部にアンプが必要となる。
【００３８】
これに対し、半導体歪ゲージは、検知部を金属薄膜ではなく、シリコン等の半導体に不純物をドープして形成した半導体ピエゾ抵抗を利用したものである。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化率が金属薄膜を用いた従前の歪ゲージの数十倍と大きく、微小な歪、例えば、１με程度の歪を測定することが可能である。また、半導体歪ゲージは、抵抗変化が大きいため、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、さらには、半導体歪ゲージの数ミリ角のチップにアンプ回路や温度センサおよび温度補償回路、オフセット除去回路等を作りこむことも可能である。さらには、無線回路等を設けて、非接触でデータを取出すことも可能である。
【００３９】
この半導体歪ゲージは、被測定物に接着剤や金属接合により固定することも可能であり、また、半導体歪ゲージを金属板に対し、スポット溶接により固定することも可能である。
【００４０】
本実施の形態では、半導体歪ゲージを用いた方が歪量の測定精度が高く、取付スペースも少なくて済むので好ましいが、測定精度や取付スペースが許されれば、従来から知られている歪ゲージを用いてもよい。
【００４１】
何れにしても、本実施の形態では、上述のような歪センサ１４は、磁極位置検出装置１１を構成する被検出板１２の基端側に取付けられている。そして、歪センサ１４は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出板１２の曲げ歪を検出することにより、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を磁極位置検出装置１１で検出することができる。
【００４２】
この場合、磁極位置検出装置１１は、永久磁石９の磁極位置を、歪センサ１４を用いて可動子７に対し非接触で検出することができる。このため、ロータリエンコーダ等を用いる従来技術のような、位置検出に伴って摩耗が生じることはなく、磁極位置検出装置１１の耐久性を確保することができる。
【００４３】
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。
【００４４】
例えば、電磁サスペンション１を車両のばね下部材とばね上部材との間に介在させた場合は、車両が上，下方向に振動すると、電磁サスペンション１にはストローク方向（軸方向）に力が作用する。この力に応じて、可動子７と電機子４とが相対移動する。このとき、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃには、磁極位置検出装置１１により検出される永久磁石９の磁極位置に応じて所定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。
【００４５】
本実施の形態によれば、永久磁石９の磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減することができる。
【００４６】
即ち、磁極位置検出装置１１を、磁極位置検出用磁石１３と、該磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力に基づいて被検出板１２に生じる歪を検出する歪センサ１４とから構成している。このため、磁極位置検出装置１１は、歪センサ１４が検出する歪の大きさ（大小）に基づいて、該歪と対応する可動子７の永久磁石９の磁極位置を非接触で検出することができる。これにより、ロータリエンコーダ等を用いる従来技術のような、位置検出に伴って摩耗が生じることをなくすことができ、耐久性の確保を図ることができる。
【００４７】
しかも、磁極位置検出装置１１は、被検出板１２と、磁極位置検出用磁石１３と、歪センサ１４とにより簡素に構成できると共に、例えば磁気センサ等と比較して安価な歪センサ１４を用いることができる。このため、磁極位置検出装置１１のコストを低減することができる。
【００４８】
さらに、磁極位置検出装置１１を構成する被検出板１２は、非磁性体により形成しているので、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間の磁気的な吸引反発力を妨げることを抑制することができる。
【００４９】
次に、図５および図６は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、磁極位置検出手段を、第２部材の軸方向中間部に設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１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。
【００５０】
固定子２は、ケーシング２１と電機子４とにより大略構成されている。ここで、ケーシング２１は、例えば有底円筒状に形成され、筒部２１Ａと、底部２１Ｂとにより構成されている。底部２１Ｂには、取付アイ２１Ｃが設けられ、筒部２１Ａの開口端側（図５の下端側）には、電機子４が固定されている。
【００５１】
ここで、筒部２１Ａの軸方向略中間部には、図６に示すように、略「コ」字状の切欠き（スリット）２１Ｄが、筒部２１Ａの内周面と外周面との間を貫通するように形成されている。そして、この切欠き２１Ｄにより囲まれた舌状の部位（舌片）を、磁極位置検出装置２２の被検出部２３としている。
【００５２】
なお、このように被検出部２３をケーシング２１の筒部２１Ａに設けたことに伴って、固定子２を構成する電機子４のコア５の他端側（図５の下端側）の開口端面には、上述した第１の実施の形態のような係合部５Ａは設けていない。
【００５３】
永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置２２は、被検出部２３と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、固定子２を構成するケーシング２１の軸方向略中間部に設けられている。
【００５４】
被検出部２３は、固定子２のケーシング２１に切欠き２１Ｄを形成することにより、略長方形状の舌片として片持ち支持状態でケーシング２１に一体的に設けられている。そして、被検出部２３の先端側（図５の下端側）には、磁極位置検出用磁石１３が接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けられ、被検出部２３の基端側（図５の上端側）には、歪センサ１４が貼り付けられている。
【００５５】
かくして、このように構成される第２の実施の形態においても、前述した第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。即ち、歪センサ１４により、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出板１２の曲げ歪を検出し、これにより、磁極位置検出装置２２は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【００５６】
特に、本実施の形態によれば、磁極位置検出装置２２の被検出部２３を、ケーシング２１に切欠き２１Ｄを形成することにより該ケーシング２１に一体に設ける構成としている。このため、第２部材を構成する部材と別体に被検出部を設ける構成に比べ、部品点数の低減を図ることができ、磁極位置検出装置２２のコストのさらなる低減を図ることができる。
【００５７】
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。本実施の形態の特徴は、磁極位置検出手段を第１部材の内側に位置するように構成したことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１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。
【００５８】
固定子２は、ケーシング３１と電機子４とにより大略構成されている。ここで、ケーシング３１は、例えば有底円筒状に形成され、筒部３１Ａと、底部３１Ｂとにより構成されている。底部３１Ｂには、取付アイ３１Ｃが設けられ、筒部３１Ａの開口端側（図７の下端側）には、電機子４が固定されている。また、底部３１Ｂのうち取付アイ３１Ｃとは反対側となる内側面は、後述する磁極位置検出装置３２の被検出棒３３を取付けるための係合部３１Ｄが設けられている。
【００５９】
なお、このようにケーシングの底部３１Ｂに係合部３１Ｄを設けたことに伴って、固定子２を構成する電機子４のコア５の他端側（図７の下端側）の開口端面には、上述した第１の実施の形態のような係合部５Ａは設けていない。
【００６０】
永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置３２は、被検出部としての被検出棒３３と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、筒状の可動子７の内側に配置されている。
【００６１】
被検出棒３３は、例えば非磁性体により円柱状ないし角柱状、長板状に形成され、可動子７を構成するヨーク８の内側に延びている。そして、被検出棒３３の基端側（図７の上端側）は、ケーシング３１の底部３１Ｂの係合部３１Ｄに固定されている。図示の例では、被検出棒３３の基端を係合部３１Ｄに凹凸係合させることにより固定しているが、このような固定構造に限定するものではない。
【００６２】
一方、被検出棒３３の先端側（図７の下端側）には、磁極位置検出用磁石１３が接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けられている。さらに、被検出棒３３の基端側には、歪センサ１４が貼り付けられている。
【００６３】
なお、可動子７を構成するヨーク８は、可動子７の永久磁石９と磁極位置検出用磁石１３との間の磁気的な吸引反発力を妨げることを抑制するために、非磁性体により形成することが好ましい。
【００６４】
かくして、このように構成される第３の実施の形態においても、前述した第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。即ち、歪センサ１４により、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出棒３３の曲げ歪を検出し、これにより、磁極位置検出装置３２は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【００６５】
特に、本実施の形態によれば、磁極位置検出装置３２を、固定子２の内側で、かつ、可動子７の内側、即ち、電磁サスペンション１の内部に配置する構成としているので、磁極位置検出装置３２を固定子２および可動子７により保護することができる。
【００６６】
次に、図９および図１０は、本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、磁極位置検出手段を構成する磁石と歪検出手段を第２部材に直接取付ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１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。
【００６７】
永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置４１は、被検出部４２と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、固定子２を構成するケーシング３の軸方向略中間部に設けられている。
【００６８】
ここで、本実施の形態の場合は、ケーシング３の筒部３Ａに、上述の第２の実施の形態のような切欠き２１Ｄは形成していない。そして、このように切欠き２１Ｄが形成されていないケーシング３の筒部３Ａの一部を、磁極位置検出装置４１を構成する被検出部４２とし、この筒部３Ａに、磁極位置検出用磁石１３を接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けると共に、該磁極位置検出用磁石１３の近傍に、歪センサ１４を貼り付けている。換言すれば、本実施の形態の場合は、ケーシング３の筒部３Ａのうち磁極位置検出用磁石１３と歪センサ１４とを取付けた部位を、磁極位置検出装置４１の被検出部４２としている。
【００６９】
なお、歪センサ１４は、該歪センサ１４の感度方向が筒部３Ａの周方向と一致するように、該筒部３Ａに取付けられている。これにより、リニアモータの推力、即ち、電機子４と永久磁石９との間に発生する推力（発生力）に基づく筒部３Ａの歪（軸方向の歪）と、可動子７の永久磁石９と磁極位置検出用磁石１３との間の磁気的な吸引反発力による歪（軸方向および周方向の歪）とのうち、磁気的な吸引反発力に依存する歪（周方向の歪）のみを選択して検出（計測）できるように構成している。
【００７０】
また、本実施の形態の場合は、可動子７の永久磁石９と磁極位置検出用磁石１３との間の磁気的な吸引反発力による被検出部４２（筒部３Ａ）の歪量が小さくなるため、高感度の歪センサ１４を用いると共に、該歪センサ１４の出力を補正する補正回路、例えば、増幅回路、ノイズ除去回路（ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ等のバンドパスフィルタ）、温度補正回路等を設けることが好ましい。
【００７１】
かくして、このように構成される第４の実施の形態においても、前述した第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。即ち、歪センサ１４により、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出部４２（筒部３Ａ）の曲げ歪を検出し、これにより、磁極位置検出装置４１は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【００７２】
特に、本実施の形態によれば、被検出部４２をケーシング３の筒部３Ａとし、この筒部３Ａには、上述の第２の実施の形態のような切欠き２１Ｄは形成していない。このため、磁極位置検出装置４１をより簡素に構成することができ、さらなるコストの低減を図ることができる。
【００７３】
なお、上述した各実施の形態では、互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材とのうちの第１部材を可動子７とし、第２部材を固定子２とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、第１部材と第２部材とのうちの第１部材を固定子とし、第２部材を可動子としてもよい。
【００７４】
上述した各実施の形態では、固定子２を車両のばね上部材（例えば車体）に取付けると共に、可動子７を車両のばね下部材（例えば車軸）に取付ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、固定子を車両のばね下部材に取付けると共に、可動子を車両のばね上部材に取付ける構成としてもよい。
【００７５】
上述した各実施の形態では、電磁サスペンション１を縦置き状態で自動車等の車両に取付ける構成とした場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、電磁サスペンションを横置き状態で鉄道車両等の車両に取付ける構成としてもよい。
【００７６】
上述した各実施の形態では、電磁サスペンション１を車両に取付ける構成とした場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、振動源となる種々の機械、建築物等に用いる電磁サスペンションに用いてもよい。
【００７７】
さらに、上述した各実施の形態では、横断面形状が円形のリニアモータ、即ち、固定子２および可動子７を円筒状に形成した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、横断面形状がＩ字状（平板状）や矩形状、Ｈ字状のリニアモータ等、横断面形状が円形以外のリニアモータにより構成してもよい。
【００７８】
以上の実施の形態によれば、磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減することができる電磁サスペンションを提供することができる。
【００７９】
即ち、磁極位置検出手段を、磁石と、該磁石と第２部材の永久磁石との吸引反発力により生じる歪を検出する歪検出手段とから構成している。このため、歪検出手段が検出する歪の大きさ（大小）に基づいて、該歪と対応する永久磁石の磁極位置を非接触で検出することができる。しかも、磁極位置検出手段は、磁石と歪検出手段とにより簡素に構成できると共に、歪検出手段は、例えば磁気センサに比べて安価な歪センサを用いることができる。これにより、磁極位置検出手段のコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 電磁サスペンション
２ 固定子
７ 可動子
９ 永久磁石
１１，２２，３２，４１ 磁極位置検出装置（磁極位置検出手段）
１３ 磁極位置検出用磁石（磁石）
１４ 歪センサ（歪検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車、鉄道車両等の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。
【背景技術】
【０００２】
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、互いに相対直線運動可能に支持された固定子と可動子とからなる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１参照）。
【０００３】
この種の従来技術による電磁サスペンションでは、例えば３相リニア同期モータ等により構成されるリニアモータに通電する電流を、固定子と可動子との位置（ストローク位置）に応じて転流操作することで、電磁サスペンションの全可動域（全ストローク領域）で目標通りの推力（減衰力）を発生させるようにしている。
【０００４】
この場合、転流操作とは、３相リニア同期モータの磁石磁束に対して電気角で９０度進んだ位相に通電することをいう。そして、電磁サスペンションの全可動域で、９０度の電流位相を保つためには、磁石磁束の位置（磁極位置）を検出する必要がある。
【０００５】
一方、特許文献２には、リニアモータによって駆動される移動部（走行テーブル）の位置検出を、ロータリエンコーダを用いて行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２７３８３号公報
【特許文献２】特開平９−２２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２による従来技術では、移動部の移動に伴ってロータリエンコーダをワイヤによって回転させる構成となっているため、ロータリエンコーダとワイヤとの摺動面が摩耗する虞がある。このような技術を電磁サスペンションに用いると、摺動面の耐久性を十分に確保できない虞がある。
【０００８】
一方、電磁サスペンションの磁極位置の検出を、例えば磁気センサを用いて非接触で行うことが考えられる。ただし、磁気センサは高価であり、コストが嵩むという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明は、互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材とのうちの一方の部材を固定子とし、前記第１部材と第２部材とのうちの他方の部材を可動子としてなるリニアモータを用いた電磁サスペンションに適用される。
【００１１】
そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記第１部材は、永久磁石を含んで構成され、前記第２部材には、前記永久磁石の磁極位置を検出する磁極位置検出手段を設け、該磁極位置検出手段は、磁石と、前記永久磁石との吸引反発力により生じる歪を検出する歪検出手段とから構成したことにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】図１中の矢示II−II方向からみた拡大断面図である。
【図３】磁極位置検出装置等を示す図１中の（III）部に相当する拡大断面図である。
【図４】電気角と歪との関係の一例を示す特性線図である。
【図５】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６】磁極位置検出装置等を示す拡大斜視図である。
【図７】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８】磁極位置検出装置等を示す図７中の（VIII）部に相当する拡大断面図である。
【図９】本発明の第４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１０】磁極位置検出装置等を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態を示している。図において、電磁サスペンション１は、リニアモータを用いた電磁サスペンションであり、固定子２と、可動子７と、磁極位置検出装置１１とにより大略構成されている。そして、固定子２（の電機子４）と可動子７（の永久磁石９）とにより、３相リニア同期モータを構成している。
【００１６】
ここで、固定子２と可動子７とは、互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材であって、本実施の形態の場合は、第１部材と第２部材とのうちの第１部材を可動子７とし、第２部材を固定子２とした場合を例示している。しかし、これに限らず、第１部材を固定子とし、第２部材を可動子としてもよい。
【００１７】
本実施の形態で第２部材に相当する固定子２は、ケーシング３と電機子４とにより大略構成されている。ここで、ケーシング３は、例えば有底円筒状に形成されたもので、ストローク方向となる軸方向（図１の上，下方向）に延びる筒部３Ａと、該筒部３Ａの一端側（図１の上端側）を閉塞する底部３Ｂとにより構成されている。底部３Ｂには、例えば車両のばね上部材（例えば車体）に取付けられる取付アイ３Ｃが設けられている。一方、筒部３Ａの開口端側（図１の下端側）には、電機子４が固定されている。
【００１８】
電機子４は、例えば圧粉磁心や積層された電磁鋼板、磁性体片より切削加工等によって形成された略筒状のコア５と、所定の方向に巻かれてコア５内に収納された複数のコイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃとによって構成されている。ここで、コア５の他端側（図１の下端側）の開口端面には、後述する磁極位置検出装置１１の被検出板１２を取付けるための係合部５Ａが設けられている。
【００１９】
一方、各コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、後述の可動子７（の永久磁石９）の外周面と対向して配置されている。例えば、図２に示すように、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、略筒状のコア５の内周面側に位置して該コア５の周方向に配置されると共に、図１に示すように、略筒状のコア５の軸方向の３箇所位置に軸方向に離間して配置されている。なお、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃ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。
【００２０】
ここで、軸方向に隣合う３個のコイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、例えば電気角で１２０度ずつの位相差をもつように配置される。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。
【００２１】
本実施の形態で第１部材に相当する可動子７は、固定子２内で軸方向に延び、図示しない軸受等を介して該固定子２内にストローク方向（軸方向）の変位を可能に収容されている。ここで、可動子７は、ヨーク８と、複数の永久磁石９とにより大略構成されている。
【００２２】
ヨーク８は、例えば磁性体を用いて有底円筒状に形成され、ストローク方向となる軸方向に延びる筒部８Ａと、筒部８Ａの他端側（図１の下端側）を閉塞する底部８Ｂとにより構成されている。底部８Ｂには、例えば車両のばね下部材（例えば車軸）に取付けられる取付アイ８Ｃが設けられている。
【００２３】
ヨーク８の筒部８Ａの外周面側には、複数の円環状の永久磁石９が軸方向に沿って並んで配置されている。この場合、図３に示すように、軸方向で隣合う各永久磁石９は、例えば互いに逆極性になっている。
【００２４】
ところで、固定子２の各コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃに電流を流すと、これら各コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃに流れる電流と、可動子７の永久磁石９との間に電磁力が生じ、この電磁力によって電磁サスペンション１は推力（減衰力）を発生する。
【００２５】
この電磁力を制御し、目標通りの推力を発生させるためには、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃが発生する電流磁束が永久磁石９の１／２個分、即ち、電気角で９０度分だけ、永久磁石９の磁束に対してずれるように、Ｕ相コイル６Ａ、Ｖ相コイル６Ｂ、Ｗ相コイル６Ｃに流れる電流値を制御する。
【００２６】
各相に流す電流値の制御方法としては、可動子７が電気角で３６０度移動する間にＵ相コイル６Ａ、Ｖ相コイル６Ｂ、Ｗ相コイル６Ｃに流れる電流の向きを１２通りで切換えることで、電流磁束と各永久磁石９の磁束の位相差を、９０±１５度に保つ、１２０度通電方式と呼ばれる制御方法や、Ｕ相コイル６Ａ、Ｖ相コイル６Ｂ、Ｗ相コイル６Ｃそれぞれの電流の向きと大きさからなるベクトルを合成し、合成したベクトルが各永久磁石９の磁束と位相差を９０度に保つように各層の電流を制御するベクトル制御方式と呼ばれる制御方法が一般に知られている。
【００２７】
このような１２０度通電方式やベクトル制御方式で電流値の制御を行う場合、電流磁束と各永久磁石９との位相差を９０度に保つためには、永久磁石９の磁極位置を検出する必要がある。そこで、本実施の形態では、永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置１１を、第２部材に相当する固定子２に設けている。
【００２８】
磁極位置検出装置１１は、被検出部としての被検出板１２と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、固定子２を構成する電機子４の他端側（図１および図３の下端側）に設けられている。
【００２９】
被検出板１２は、例えば非磁性体により板状ないし柱状に形成されたもので、その基端側（図１および図３の上端側）は、電機子４のコア５の係合部５Ａに固定されている。図示の例では、被検出板１２の基端をコア５の係合部５Ａに凹凸係合させることにより固定しているが、このような固定構造に限定するものではない。
【００３０】
一方、被検出板１２の先端側（図１および図３の下端側）には、磁極位置検出用磁石１３が接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けられている。さらに、被検出板１２の基端側には、歪センサ１４が貼り付けられている。
【００３１】
磁極位置検出用磁石１３は、図３に示すように、被検出板１２の先端側に、磁極（Ｎ極またはＳ極）が可動子７の永久磁石９と対向するように取付けられている。これにより、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間には、可動子７の外周面に対して直交する方向（図１および図３の左，右方向）の磁気的な吸引反発力が生じるように構成している。
【００３２】
本実施の形態の場合は、磁極位置検出用磁石１３のＮ極側を可動子７の永久磁石９に対向させている。これにより、磁極位置検出用磁石１３と永久磁石９のＳ極とが対向した場合には、吸引力が生じ、磁極位置検出用磁石１３と永久磁石９のＮ極とが対向した場合には、反発力が生じる。なお、磁極位置検出用磁石１３の磁極は逆にすることもできる。即ち、磁極位置検出用磁石１３のＳ極側を可動子７の永久磁石９に対向する構成としてもよい。
【００３３】
何れにしても、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間の磁気的な吸引反発力は、可動子７が軸方向（図３の矢印Ｙ方向）に永久磁石９の２個分移動する毎に、即ち、電気角で３６０度の周期で、正弦波状に変化する。このような吸引反発力により、被検出板１２には、該被検出板１２とコア５との係合部（接合部）を中心として、可動子７の永久磁石９に近付く方向ないし離れる方向のモーメントＭが加わる。これにより、被検出板１２には、吸引反発力の大きさに応じた曲げ歪が発生する。
【００３４】
具体的には、図４に示すように、被検出板１２の曲げ歪は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間の吸引反発力の変化に従って、電気角３６０度周期で正弦波状に変化する。この場合、図３に示した角度は、図４の電気角度に対応する。本実施の形態の場合は、このような被検出板１２の曲げ歪を後述の歪センサ１４で検出することにより、この歪に対応する可動子７の永久磁石９の磁極位置を検出する（求める）構成となっている。
【００３５】
歪センサ１４は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により被検出板１２に生じる曲げ歪を検出するものである。ここで、歪センサ１４は、例えばセンサ線を介してコントローラ（いずれも図示せず）に接続されている。歪センサ１４の出力は、図４に示すように、電気角３６０度の周期で正弦波状に変化するため、例えばコントローラの演算器等で、歪センサ１４の出力の規格化値を逆正弦関数に当てはめることで、永久磁石９の磁極位置を求めることができる。
【００３６】
ここで、本実施の形態のよる歪検出手段としての歪センサ１４について詳述する。本実施の形態に示す歪センサ１４としては、従来から知られている歪ゲージの他、昨今開発された半導体歪ゲージを用いてもよい。
【００３７】
まず、従来から知られている歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを、可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造であり、歪ゲージを被測定物に接着剤で接着して使用するもので、金属薄膜が歪を受けて変形したときの抵抗変化から、歪量を算出するものである。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため、得られる電気信号を増幅する必要があり、そのため外部にアンプが必要となる。
【００３８】
これに対し、半導体歪ゲージは、検知部を金属薄膜ではなく、シリコン等の半導体に不純物をドープして形成した半導体ピエゾ抵抗を利用したものである。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化率が金属薄膜を用いた従前の歪ゲージの数十倍と大きく、微小な歪、例えば、１με程度の歪を測定することが可能である。また、半導体歪ゲージは、抵抗変化が大きいため、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、さらには、半導体歪ゲージの数ミリ角のチップにアンプ回路や温度センサおよび温度補償回路、オフセット除去回路等を作りこむことも可能である。さらには、無線回路等を設けて、非接触でデータを取出すことも可能である。
【００３９】
この半導体歪ゲージは、被測定物に接着剤や金属接合により固定することも可能であり、また、半導体歪ゲージを金属板に対し、スポット溶接により固定することも可能である。
【００４０】
本実施の形態では、半導体歪ゲージを用いた方が歪量の測定精度が高く、取付スペースも少なくて済むので好ましいが、測定精度や取付スペースが許されれば、従来から知られている歪ゲージを用いてもよい。
【００４１】
何れにしても、本実施の形態では、上述のような歪センサ１４は、磁極位置検出装置１１を構成する被検出板１２の基端側に取付けられている。そして、歪センサ１４は、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出板１２の曲げ歪を検出することにより、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を磁極位置検出装置１１で検出することができる。
【００４２】
この場合、磁極位置検出装置１１は、永久磁石９の磁極位置を、歪センサ１４を用いて可動子７に対し非接触で検出することができる。このため、ロータリエンコーダ等を用いる従来技術のような、位置検出に伴って摩耗が生じることはなく、磁極位置検出装置１１の耐久性を確保することができる。
【００４３】
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。
【００４４】
例えば、電磁サスペンション１を車両のばね下部材とばね上部材との間に介在させた場合は、車両が上，下方向に振動すると、電磁サスペンション１にはストローク方向（軸方向）に力が作用する。この力に応じて、可動子７と電機子４とが相対移動する。このとき、コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃには、磁極位置検出装置１１により検出される永久磁石９の磁極位置に応じて所定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。
【００４５】
本実施の形態によれば、永久磁石９の磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減することができる。
【００４６】
即ち、磁極位置検出装置１１を、磁極位置検出用磁石１３と、該磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力に基づいて被検出板１２に生じる歪を検出する歪センサ１４とから構成している。このため、磁極位置検出装置１１は、歪センサ１４が検出する歪の大きさ（大小）に基づいて、該歪と対応する可動子７の永久磁石９の磁極位置を非接触で検出することができる。これにより、ロータリエンコーダ等を用いる従来技術のような、位置検出に伴って摩耗が生じることをなくすことができ、耐久性の確保を図ることができる。
【００４７】
しかも、磁極位置検出装置１１は、被検出板１２と、磁極位置検出用磁石１３と、歪センサ１４とにより簡素に構成できると共に、例えば磁気センサ等と比較して安価な歪センサ１４を用いることができる。このため、磁極位置検出装置１１のコストを低減することができる。
【００４８】
さらに、磁極位置検出装置１１を構成する被検出板１２は、非磁性体により形成しているので、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との間の磁気的な吸引反発力を妨げることを抑制することができる。
【００４９】
次に、図５および図６は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、磁極位置検出手段を、第２部材の軸方向中間部に設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１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。
【００５０】
固定子２は、ケーシング２１と電機子４とにより大略構成されている。ここで、ケーシング２１は、例えば有底円筒状に形成され、筒部２１Ａと、底部２１Ｂとにより構成されている。底部２１Ｂには、取付アイ２１Ｃが設けられ、筒部２１Ａの開口端側（図５の下端側）には、電機子４が固定されている。
【００５１】
ここで、筒部２１Ａの軸方向略中間部には、図６に示すように、略「コ」字状の切欠き（スリット）２１Ｄが、筒部２１Ａの内周面と外周面との間を貫通するように形成されている。そして、この切欠き２１Ｄにより囲まれた舌状の部位（舌片）を、磁極位置検出装置２２の被検出部２３としている。
【００５２】
なお、このように被検出部２３をケーシング２１の筒部２１Ａに設けたことに伴って、固定子２を構成する電機子４のコア５の他端側（図５の下端側）の開口端面には、上述した第１の実施の形態のような係合部５Ａは設けていない。
【００５３】
永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置２２は、被検出部２３と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、固定子２を構成するケーシング２１の軸方向略中間部に設けられている。
【００５４】
被検出部２３は、固定子２のケーシング２１に切欠き２１Ｄを形成することにより、略長方形状の舌片として片持ち支持状態でケーシング２１に一体的に設けられている。そして、被検出部２３の先端側（図５の下端側）には、磁極位置検出用磁石１３が接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けられ、被検出部２３の基端側（図５の上端側）には、歪センサ１４が貼り付けられている。
【００５５】
かくして、このように構成される第２の実施の形態においても、前述した第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。即ち、歪センサ１４により、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出板１２の曲げ歪を検出し、これにより、磁極位置検出装置２２は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【００５６】
特に、本実施の形態によれば、磁極位置検出装置２２の被検出部２３を、ケーシング２１に切欠き２１Ｄを形成することにより該ケーシング２１に一体に設ける構成としている。このため、第２部材を構成する部材と別体に被検出部を設ける構成に比べ、部品点数の低減を図ることができ、磁極位置検出装置２２のコストのさらなる低減を図ることができる。
【００５７】
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。本実施の形態の特徴は、磁極位置検出手段を第１部材の内側に位置するように構成したことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１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。
【００５８】
固定子２は、ケーシング３１と電機子４とにより大略構成されている。ここで、ケーシング３１は、例えば有底円筒状に形成され、筒部３１Ａと、底部３１Ｂとにより構成されている。底部３１Ｂには、取付アイ３１Ｃが設けられ、筒部３１Ａの開口端側（図７の下端側）には、電機子４が固定されている。また、底部３１Ｂのうち取付アイ３１Ｃとは反対側となる内側面は、後述する磁極位置検出装置３２の被検出棒３３を取付けるための係合部３１Ｄが設けられている。
【００５９】
なお、このようにケーシングの底部３１Ｂに係合部３１Ｄを設けたことに伴って、固定子２を構成する電機子４のコア５の他端側（図７の下端側）の開口端面には、上述した第１の実施の形態のような係合部５Ａは設けていない。
【００６０】
永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置３２は、被検出部としての被検出棒３３と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、筒状の可動子７の内側に配置されている。
【００６１】
被検出棒３３は、例えば非磁性体により円柱状ないし角柱状、長板状に形成され、可動子７を構成するヨーク８の内側に延びている。そして、被検出棒３３の基端側（図７の上端側）は、ケーシング３１の底部３１Ｂの係合部３１Ｄに固定されている。図示の例では、被検出棒３３の基端を係合部３１Ｄに凹凸係合させることにより固定しているが、このような固定構造に限定するものではない。
【００６２】
一方、被検出棒３３の先端側（図７の下端側）には、磁極位置検出用磁石１３が接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けられている。さらに、被検出棒３３の基端側には、歪センサ１４が貼り付けられている。
【００６３】
なお、可動子７を構成するヨーク８は、可動子７の永久磁石９と磁極位置検出用磁石１３との間の磁気的な吸引反発力を妨げることを抑制するために、非磁性体により形成することが好ましい。
【００６４】
かくして、このように構成される第３の実施の形態においても、前述した第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。即ち、歪センサ１４により、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出棒３３の曲げ歪を検出し、これにより、磁極位置検出装置３２は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【００６５】
特に、本実施の形態によれば、磁極位置検出装置３２を、固定子２の内側で、かつ、可動子７の内側、即ち、電磁サスペンション１の内部に配置する構成としているので、磁極位置検出装置３２を固定子２および可動子７により保護することができる。
【００６６】
次に、図９および図１０は、本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、磁極位置検出手段を構成する磁石と歪検出手段を第２部材に直接取付ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１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。
【００６７】
永久磁石９の磁極位置を検出する磁極位置検出手段としての磁極位置検出装置４１は、被検出部４２と、磁石としての磁極位置検出用磁石１３と、歪検出手段としての歪センサ１４とにより大略構成され、固定子２を構成するケーシング３の軸方向略中間部に設けられている。
【００６８】
ここで、本実施の形態の場合は、ケーシング３の筒部３Ａに、上述の第２の実施の形態のような切欠き２１Ｄは形成していない。そして、このように切欠き２１Ｄが形成されていないケーシング３の筒部３Ａの一部を、磁極位置検出装置４１を構成する被検出部４２とし、この筒部３Ａに、磁極位置検出用磁石１３を接着ないし埋め込み等の手段を用いて取付けると共に、該磁極位置検出用磁石１３の近傍に、歪センサ１４を貼り付けている。換言すれば、本実施の形態の場合は、ケーシング３の筒部３Ａのうち磁極位置検出用磁石１３と歪センサ１４とを取付けた部位を、磁極位置検出装置４１の被検出部４２としている。
【００６９】
なお、歪センサ１４は、該歪センサ１４の感度方向が筒部３Ａの周方向と一致するように、該筒部３Ａに取付けられている。これにより、リニアモータの推力、即ち、電機子４と永久磁石９との間に発生する推力（発生力）に基づく筒部３Ａの歪（軸方向の歪）と、可動子７の永久磁石９と磁極位置検出用磁石１３との間の磁気的な吸引反発力による歪（軸方向および周方向の歪）とのうち、磁気的な吸引反発力に依存する歪（周方向の歪）のみを選択して検出（計測）できるように構成している。
【００７０】
また、本実施の形態の場合は、可動子７の永久磁石９と磁極位置検出用磁石１３との間の磁気的な吸引反発力による被検出部４２（筒部３Ａ）の歪量が小さくなるため、高感度の歪センサ１４を用いると共に、該歪センサ１４の出力を補正する補正回路、例えば、増幅回路、ノイズ除去回路（ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ等のバンドパスフィルタ）、温度補正回路等を設けることが好ましい。
【００７１】
かくして、このように構成される第４の実施の形態においても、前述した第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。即ち、歪センサ１４により、磁極位置検出用磁石１３と可動子７の永久磁石９との吸引反発力により生じる被検出部４２（筒部３Ａ）の曲げ歪を検出し、これにより、磁極位置検出装置４１は、この曲げ歪に対応する永久磁石９の磁極位置を検出することができる。
【００７２】
特に、本実施の形態によれば、被検出部４２をケーシング３の筒部３Ａとし、この筒部３Ａには、上述の第２の実施の形態のような切欠き２１Ｄは形成していない。このため、磁極位置検出装置４１をより簡素に構成することができ、さらなるコストの低減を図ることができる。
【００７３】
なお、上述した各実施の形態では、互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材とのうちの第１部材を可動子７とし、第２部材を固定子２とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、第１部材と第２部材とのうちの第１部材を固定子とし、第２部材を可動子としてもよい。
【００７４】
上述した各実施の形態では、固定子２を車両のばね上部材（例えば車体）に取付けると共に、可動子７を車両のばね下部材（例えば車軸）に取付ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、固定子を車両のばね下部材に取付けると共に、可動子を車両のばね上部材に取付ける構成としてもよい。
【００７５】
上述した各実施の形態では、電磁サスペンション１を縦置き状態で自動車等の車両に取付ける構成とした場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、電磁サスペンションを横置き状態で鉄道車両等の車両に取付ける構成としてもよい。
【００７６】
上述した各実施の形態では、電磁サスペンション１を車両に取付ける構成とした場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、振動源となる種々の機械、建築物等に用いる電磁サスペンションに用いてもよい。
【００７７】
さらに、上述した各実施の形態では、横断面形状が円形のリニアモータ、即ち、固定子２および可動子７を円筒状に形成した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、横断面形状がＩ字状（平板状）や矩形状、Ｈ字状のリニアモータ等、横断面形状が円形以外のリニアモータにより構成してもよい。
【００７８】
以上の実施の形態によれば、磁極位置の検出を非接触で行うことができ、しかも、コストを低減することができる電磁サスペンションを提供することができる。
【００７９】
即ち、磁極位置検出手段を、磁石と、該磁石と第２部材の永久磁石との吸引反発力により生じる歪を検出する歪検出手段とから構成している。このため、歪検出手段が検出する歪の大きさ（大小）に基づいて、該歪と対応する永久磁石の磁極位置を非接触で検出することができる。しかも、磁極位置検出手段は、磁石と歪検出手段とにより簡素に構成できると共に、歪検出手段は、例えば磁気センサに比べて安価な歪センサを用いることができる。これにより、磁極位置検出手段のコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 電磁サスペンション
２ 固定子
７ 可動子
９ 永久磁石
１１，２２，３２，４１ 磁極位置検出装置（磁極位置検出手段）
１３ 磁極位置検出用磁石（磁石）
１４ 歪センサ（歪検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材とのうちの一方の部材を固定子とし、前記第１部材と第２部材とのうちの他方の部材を可動子としてなるリニアモータを用いた電磁サスペンションであって、
前記第１部材は、永久磁石を含んで構成され、
前記第２部材には、前記永久磁石の磁極位置を検出する磁極位置検出手段を設け、
該磁極位置検出手段は、磁石と、前記永久磁石との吸引反発力により生じる歪を検出する歪検出手段とから構成したことを特徴とする電磁サスペンション。
【請求項１】
互いに相対直線運動可能に支持された第１部材と第２部材とのうちの一方の部材を固定子とし、前記第１部材と第２部材とのうちの他方の部材を可動子としてなるリニアモータを用いた電磁サスペンションであって、
前記第１部材は、永久磁石を含んで構成され、
前記第２部材には、前記永久磁石の磁極位置を検出する磁極位置検出手段を設け、
該磁極位置検出手段は、磁石と、前記永久磁石との吸引反発力により生じる歪を検出する歪検出手段とから構成したことを特徴とする電磁サスペンション。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５０１７２（Ｐ２０１３−５０１７２Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８６８２（Ｐ２０１１−１８８６８２）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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