(57)【要約】【課題】  流体バネと電磁サスペンションを備えた車両懸架装置において、電磁サスペンションのモータ発熱対策を提供する。【解決手段】  エアバネ１６は、車両のバネ上とバネ下の間に介装され、空気が充填されたエアチャンバ７２によってバネ上とバネ下の間に弾性力を発生させる。電磁サスペンション１８は、エアチャンバ７２内に配置されたモータ２２と、モータ２２により伸縮制御されるロッド４２およびアウターシェル５０を備え、車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させる。モータ２２の周囲には、熱遮蔽板２０が設けられている。熱遮蔽板２０は、エアチャンバ７２外部まで延在し、この延在部分には放熱板７８、８０が設けられている。【選択図】  図２
2006117213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のバネ上とバネ下の間に介装され、流体が充填されたチャンバによってバネ上とバネ下の間に弾性力を発生させるように構成された流体バネと、
前記チャンバ内に配置されたモータおよび該モータによって伸縮制御される伸縮部材を有し、バネ上とバネ下の間に減衰力を発生させるように構成された電動減衰手段と、
を備え、
前記モータの周囲に熱遮蔽板が設けられていることを特徴とする車両懸架装置。
【請求項２】
前記熱遮蔽板が前記チャンバ外部まで延在し、延在部分に放熱板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
【請求項３】
前記流体バネは、前記チャンバへの流体の供給口と排出口とが別個に設けられており、この供給口と排出口を通して前記チャンバ内の流体を循環させる循環手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
【請求項４】
前記排出口が前記熱遮蔽板に設けられており、該熱遮蔽板付近の流体をチャンバ外に導く管が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の車両懸架装置。
【請求項５】
前記放熱板の近傍に、前記モータにより回転駆動されるファンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に車両懸架装置に関し、特に電磁サスペンションと流体バネ装置の両方を備えた車両懸架装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
路面を走行する車輪から車体に伝達される衝撃を緩和する様々なタイプの車両懸架装置が従来から開発されている。なかでも、アブソーバの機能を電磁アクチュエータに置き換えた電磁サスペンションが知られており、例えば、特許文献１には、電磁サスペンションとエアバネとを組み合わせた車両用電機動力付能動懸架装置が開示されている。
【特許文献１】特開平２−１２０１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１のような構造の懸架装置では、エアバネの内部に電磁サスペンションのモータが配置されているため、モータ発熱によりエアバネのダイヤフラムを劣化させてしまい、エアバネの寿命を低下させるおそれがある。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁サスペンションと流体バネの両方を備えた車両懸架装置において、電磁サスペンションのモータ発熱の影響を軽減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、車両懸架装置に関する。この装置は、車両のバネ上とバネ下の間に介装され、流体が充填されたチャンバによってバネ上とバネ下の間に弾性力を発生させるように構成された流体バネと、チャンバ内に配置されたモータおよび該モータによって伸縮制御される伸縮部材を有し、バネ上とバネ下の間に減衰力を発生させるように構成された電動減衰手段と、を備える。そして、前記モータの周囲には熱遮蔽板が設けられている。
【０００６】
ここで、「流体バネ」とは、エアバネや油圧バネのように、密閉空間に流体を満たすことにより弾性力を発揮させるものをいう。この態様によれば、モータの周囲に熱遮蔽板を設けたので、モータからの輻射熱によるダイヤフラムなどのチャンバ構造の熱劣化を抑制することができる。
【０００７】
熱遮蔽板は、チャンバの外部まで延在し、延在部分に放熱板が設けられていることが好ましい。こうすれば、熱遮蔽板の熱を効率的に外部に放熱することができる。
【０００８】
流体バネには、チャンバへの流体の供給口と排出口とが別個に設けられており、チャンバ内の流体を循環させる循環手段が備えられていることが好ましい。これによって、チャンバ内の熱を効率的に外部に放熱することができる。
【０００９】
排出口が熱遮蔽板に設けられており、熱遮蔽板付近の流体をチャンバ外に導く管が設けられていてもよい。これによって、モータの近傍の流体が外部に放出されるので、放熱性能が向上する。
【００１０】
放熱板の近傍に、モータにより回転駆動されるファンが設けられていてもよい。これによって、放熱板からの放熱性能が向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電動減衰手段のモータの周囲に熱遮蔽板を設けたので、モータからの輻射熱によるチャンバ構造の熱劣化が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本実施形態に係る車両懸架装置を備えた四輪の車両１０の模式図である。なお、図１では、説明を簡単にするために車両懸架装置を平面的に表しているが、実際の車両においては、車両懸架装置の機能を発揮するために適切な空間配置で、例えばナックル、タイロッド、アッパーアーム、ロアアームなどの他の部品と既知の方法で組み合わせて構成される。
【００１３】
車両１０の車体１２と各車輪１４の間には、エアバネ１６と電磁サスペンション１８を組み合わせて構成される車両懸架装置が装着されている。エアバネ１６は、電磁サスペンション１８の駆動源であるモータを取り囲むように形成されたエアチャンバに圧縮空気を充填することで実現される。エアチャンバ内の圧縮空気がバネとして作用し、車輪１４を弾性支持することによって、車輪１４の衝撃が車体１２に直接的に伝達されることを防止する。また、エアバネ１６のエアチャンバの容積を変化させることで、車輪１４毎に車高を調整することができる。電磁サスペンション１８は、駆動源であるモータとこのモータにより伸縮される伸縮部材を直列に配置して構成される。電磁サスペンション１８は、モータの力制御により車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させる。なお、本明細書において、エアバネ１６により支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、エアバネ１６により支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。すなわち、バネ上は車体１２側であり、バネ下は車輪１４側である。
【００１４】
エアバネ１６と電磁サスペンション１８とは、一体的に構成されることが省スペースの観点から好ましいが、別々に設けられていてもよい。このエアバネ１６と電磁サスペンション１８の詳細な構成については、図２を参照して後述する。
【００１５】
各車輪１４の近傍には、車輪位置での車高を検出する車高センサ１０４がそれぞれ配置されている。この車高センサ１０４は、例えば、車軸と車体とを連結したリンクの変位を測定することで、車体１２と車輪１４との相対距離を検出するタイプのものである。車高センサ１０４の検出信号は、車体１２に備えられる電子制御装置１００（以下「ＥＣＵ１００」と表記する）に送られる。
【００１６】
車体１２には、エアバネ１６のエアチャンバ内の空気圧を検出するための空気圧センサ１０６が車輪毎に設けられている。この空気圧センサ１０６は、例えば、エアチャンバに連通した通路内に設けた薄膜の変位を電気的に検出して空気圧を測定するタイプのものである。空気圧センサ１０６の検出信号は、ＥＣＵ１００に送られる。
【００１７】
エアバネ１６のエアチャンバは、空気供給ライン１９０と連通している。空気供給ライン１９０の途中には、各車輪１４に対応してそれぞれ空気圧制御バルブ１４０が設けられている。この空気圧制御バルブ１４０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００からの信号に応じて開弁状態と閉弁状態とに切り換えることができる。これによって、空気供給ライン１９０を介してエアバネ１６のエアチャンバ内部に空気を供給し、また内部から空気を排出することができる。
【００１８】
車体１２には、空気供給ライン１９０に圧縮空気を供給するためのコンプレッサ１６０が備えられている。モータ１６２は、コンプレッサ１６０に動力を供給する。モータ１６２が回転すると、空気吸入口１６４を介して外部から空気が取り込まれ、コンプレッサ１６０により圧縮される。圧縮された空気は、ドライヤ１７４に流入する。ドライヤ１７４は、シリカゲル等の乾燥剤を収容しており、流入した空気を乾燥して空気供給ライン１９０に供給する。
【００１９】
車体１２には、コンプレッサ１６０から供給される圧縮空気を蓄えることのできる高圧タンク１６６と、高圧タンクへの空気の流出入を制御する高圧タンクバルブ１６８が設けられていてもよい。高圧タンク１６６は、コンプレッサ１６０から圧縮空気を送り込むことで、例えば７００〜８００ｋＰａに維持されている。高圧タンク１６６とコンプレッサ１６０の両方から圧縮空気を空気供給ライン１９０に供給することで、エアバネの増圧時の応答性を向上させることができる。したがって、コンプレッサ１６０の能力が十分であれば、高圧タンク１６６を車体１２に備えていなくてもよい。
【００２０】
ドライヤ１７４から供給された空気は、逆止弁１７８を経由して、エアチャンバに連通する空気供給ライン１９０に流入する。逆止弁１７８は、コンプレッサ１６０側から空気が供給されると開放して、空気供給ライン１９０に空気を流すが、空気供給ライン１９０側からの空気が流れると閉弁する。この逆止弁１７８をバイパスするように、絞り１７６が設けられている。空気供給ライン１９０からの空気は、絞り１７６に流入して、流速を低下させられてからドライヤ１７４に流入する。こうすることによって、ドライヤ１７４のシリカゲルに吸収された水分を還元することができる。ドライヤ１７４を通過した空気は、排気バルブ１７０を介してサイレンサ１７２から車外に放出される。
【００２１】
車体１２の車室内には、運転者のスイッチ操作により予め定義されている車高のなかからひとつの車高を選択できる車高選択装置（図示せず）が備えられていてもよい。これによって、運転者の嗜好に合った走行を実現することができる。この車高選択装置のスイッチ情報もＥＣＵ１００に入力される。
【００２２】
ＥＣＵ１００は、各車輪の電磁サスペンション１８およびエアバネ１６の制御を実行する。ＥＣＵ１００は、電磁サスペンション１８のモータに電力を供給する図示しないアンプと通信可能に接続されており、各種センサからの信号に基づいて、車体を安定させるべく適切な減衰力を発揮するように電磁サスペンション１８を制御する。
【００２３】
ＥＣＵ１００は、空気圧制御バルブ１４０、排気バルブ１７０、高圧タンクバルブ１６８、コンプレッサ１６０を駆動するモータ１６２と電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、各種センサおよびスイッチからの信号に基づいて、上記制御バルブおよびモータ１６２に適宜制御信号を出力して、適切な弾性力を発揮するようにエアバネ１６を制御する。
【００２４】
図２は、電磁サスペンション１８とエアバネ１６の構造をより詳細に示す図である。本実施形態では、電磁サスペンション１８とエアバネ１６とは一体的に構成されている。電磁サスペンションの駆動源であるモータ２２の出力軸３６は、ボールネジ４４と一体的に構成されている。出力軸３６とボールネジ４４とは、カップリングを介して同軸に結合されていてもよい。出力軸３６は、ロッド４２内部においてベアリング４０によって回動可能に支持されている。
【００２５】
ボールネジ４４、ロッド４２、アウターシェル５０およびピストン９８は、同軸に配置されている。ボールネジ４４は、ボール通路を内部に形成してなるボールネジナット４６と、このボール通路内を循環する複数個のボール４８を挟んでボールネジ機構を形成している。ボール４８がボールネジ４４およびボールネジナット４６の間で転動接触することにより、直動運動と回転運動が相互に高効率で変換される。
【００２６】
ボールネジナット４６は、ピストン９８の上部と接続固定されており、ピストン９８はアウターシェル５０と同軸に接続されている。アウターシェル５０は、ベアリング５６および５８によってロッド４２の外周に対して摺動可能に支持されている。
【００２７】
モータ２２が、図示しないバッテリから供給される電力によって出力軸３６を回転させると、ボールネジ４４がボールネジナット４６に対して相対回転する。すると、ボールネジナット４６にピストン９８を介して接続されているアウターシェル５０が、ロッド４２に対して下方に押し下げられ、又は上方に引き上げられる。これによって、アウターシェル５０はロッド４２に対して伸縮移動可能となり、モータ２２により制御される伸縮部材として機能する。
【００２８】
アウターシェル５０は、ロッド４２との間に配置されたダストシール９６を有している。ダストシール９６は、アウターシェル５０とロッド４２の間をシールして、アウターシェル５０内へのゴミなどの異物の侵入を防止している。
【００２９】
アウターシェル５０の下部には、第２取り付け部６０が設けられる。第２取り付け部６０は、車輪１４から延びる図示しないロアアームに取り付けられる箇所であり、車両懸架装置と車輪１４とを連結する役割を果たす。
【００３０】
なお、本実施形態では、ボールネジ４４が車両のバネ上に、ボールネジナット４６が車両のバネ下に設けられる例について説明するが、逆に、ボールネジ４４が車両のバネ下に、ボールネジナット４６が車両のバネ上に設けられてもよい。
【００３１】
電磁サスペンション１８は、以下のように作動する。モータ２２に駆動電流が与えられると、アウターシェル５０は能動的に伸縮作動して減衰力を発生させる。路面の凹凸などの外部入力によって車輪が上下動する場合、ロッド４２とアウターシェル５０との相対運動によりエアバネ１６が伸縮する。これによって、ボールネジ４４がボールネジナット４６に対して相対回転すると、出力軸３６が回転してモータ２２は発電機として作用する。このときにモータ２２に生じる抵抗力によっても減衰力を発生させることもできる。また、ＥＣＵ１００は、車体の上下方向の加速度に応じてモータ２２に印加する電流を設定し、減衰力を調整する。このようにして、電磁サスペンション１８は、所望の減衰力を発生させ、エアバネ１６による車体１２の上下振動を減衰させる。
【００３２】
また、外部入力のないときでも、ボールネジ４４を回転させて、ロッド４２に対するアウターシェル５０の位置を変えることで、車体を上下方向に変位させることができるので、電磁サスペンション１８は、車高調整にも利用することができる。
【００３３】
エアバネ１６は、電磁サスペンション１８に対して並列に配置されており、車両１０のバネ上の重量を支持するとともに、その弾性力によって路面からの振動や衝撃が車輪１４を通して車体１２に伝わるのを抑制する。
【００３４】
エアバネ１６は、主に、第１取り付け部６６と、ダイヤフラム６４と、カバー６２から構成される。第１取り付け部６６は、車体１２に取り付けられる部分であり、エアバネ１６および電磁サスペンション１８と車体１２を連結する。ダイヤフラム６４は、図２に示すように「Ｊ」字型の断面形状をしており、モータ２２、ロッド４２およびアウターシェル５０を環状に取り囲むように取り付けられる。ダイヤフラム６４の一端は、アウターシェル５０の外周に固定された円錐状のカバー６２に取り付けられ、他端は、第１取り付け部６６の下端に取り付けられる。ダイヤフラム６４、カバー６２、アウターシェル５０および第１取り付け部６６によって、電磁サスペンション１８の周囲に空気が充填される空間であるエアチャンバ７２を形成している。
【００３５】
第１取り付け部６６には、空気供給ライン１９０とエアチャンバ７２の間を連通する供給口７０が空けられており、この供給口７０を通して空気が供給または排出される。
【００３６】
第１取り付け部６６の下面と、電磁サスペンション１８のモータ２２の上面とは、緩衝材６８を介して接続されている。電磁サスペンション１８のボールネジ機構は、摩擦力が十分に低くなるように作られているため、第１取り付け部６６とともにモータ２２が上下動すると、これに追従して、ロッド４２に対するアウターシェル５０の相対位置が変化するようになっている。
【００３７】
ここで、エアバネ１６の車高調整時の動作について説明する。供給口７０からエアチャンバ７２内に圧縮空気が供給されエアチャンバ７２の空気圧が上昇すると、第１取り付け部６６のエアチャンバ７２に面する下面が押し上げられる。これによって車体１２の車高が上昇する。逆に、供給口７０からエアチャンバ７２内の空気が排出されエアチャンバ７２の空気圧が低下すると、車体１２の重量により第１取り付け部６６が低下させられて、これによって車体１２の車高が減少する。
【００３８】
モータ２２の周囲には、円筒状の熱遮蔽板２０が設けられている。熱遮蔽板２０は、第１取り付け部６６の中央を貫通し、エアチャンバ７２の外部まで延在するようになっている。熱遮蔽板２０は、第１取り付け部６６と固定されており、第１取り付け部６６の上下動とともに移動する。モータ２２の上部には、蓋７６が熱遮蔽板２０の内周に嵌め込まれており、これによって、エアチャンバ７２を密閉構造としている。
【００３９】
熱遮蔽板２０のうち、エアチャンバ７２の外部にある延在部分には、放熱板７８、８０が嵌め込まれている。図３は、熱遮蔽板２０および放熱板７８、８０の平面図である。図示するように、放熱板７８、８０は、円筒状の熱遮蔽板２０の全周にわたり設けられている。
【００４０】
熱遮蔽板２０および放熱板７８、８０は、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウムであることが好ましいが、他の材料でもよい。また、熱遮蔽板２０は円筒状でなく、他の形状であってもよい。また、熱遮蔽板を二重に設けてもよい。
【００４１】
電磁サスペンション１８は車両の走行中には高頻度で駆動されるため、モータ２２が高温になりやすい。そこで、モータ２２の周囲に熱遮蔽板を設けることにより、モータ２２から発せられた熱がエアバネ１６のダイヤフラム６４に直接輻射されることがなくなるので、ダイヤフラム６４の熱劣化を抑制することができる。ダイヤフラム６４は主にゴム製であるため、高温になると硬化したり粘着現象を生じることがあり、その状態で変形すると、亀裂やひび割れを生じて寿命が低下してしまう。したがって、本実施形態のように熱遮蔽板を設けることで、エアバネの寿命を向上することができる。
【００４２】
また、エアチャンバ７２は密閉空間であるため熱が排出されにくいが、熱遮蔽板２０はエアチャンバ７２の外部まで延びているため、熱遮蔽板２０の熱がエアチャンバ７２の外部まで伝導し、放熱板７８、８０から放熱されるので、エアチャンバ７２内の熱を効果的に排出することができる。
【００４３】
なお、熱遮蔽板２０がエアチャンバ７２の外部まで延在しておらず、第１取り付け部６６の下面に固定されている場合でも、ダイヤフラム６４への輻射を避けるという点では有効である。この場合、蓋７６に放熱フィンを設けるようにしてもよい。
【００４４】
また、第１取り付け部６６は、熱伝導率の低い材料で製造することが望ましい。第１取り付け部６６は熱遮蔽板２０と接しているので、熱が伝導してダイヤフラム６４の取り付け部分が劣化するおそれがあるためである。
【００４５】
熱遮蔽板だけでは放熱能力が不足する場合は、エアチャンバ内の空気を循環させるようにしてもよい。図４はその様子を示す図である。熱遮蔽板２０の側面と、第１取り付け部６６の側面に同軸、同径の孔８４、８６が空けられており、それらを貫通するように管８２が嵌め込まれている。管８２のエアチャンバ外部側には、制御バルブ８８が接続されている。この制御バルブ８８はＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の図示しない空気循環制御部からの信号により開弁と閉弁を切り換えることができる。
【００４６】
空気循環制御部は、図１で説明したコンプレッサ１６０および高圧タンク１６６からの圧縮空気を供給口７０からエアチャンバ７２内に供給するようにモータ１６２を駆動し、高圧タンクバルブ１６８および空気圧制御バルブ１４０を開弁する。さらに、空気循環制御部は、制御バルブ８８を開弁して、エアチャンバ７２内の空気が管８２を経由して外部に放出されるようにする。本実施形態では、排出口となる管８２が熱遮蔽板２０に接続されているので、モータ２２の周囲の空間７４にある高温となった空気を、エアチャンバ外部に効果的に排出することができる。車体１２に備えられたコンプレッサ１６０や高圧タンク１６６からの圧縮空気を使用する代わりに、エアチャンバ７２内の空気を循環させるための専用のポンプを別に備えていてもよい。
【００４７】
熱遮蔽板２０をエアチャンバ７２の外部まで延在させることがスペースの都合上困難である場合は、上記のように空気を循環させることが特に有効である。
【００４８】
エアチャンバ７２内の温度を検出する温度センサを設けておき、図示しない空気循環制御部は、エアチャンバの温度が所定値以上となったとき、空気の循環を開始するようにしてもよい。この場合、エアチャンバ７２内の空気圧が高いと、空気の循環中に高圧状態を維持することが困難なため、空気循環制御部は、空気圧センサ１０６による検出値に基づいて、所定圧力以下のときのみ空気の循環を開始するようにしてもよい。
【００４９】
図５に示すように、放熱板７８、８０の近傍に、ファン９２を設けるようにしてもよい。この場合、モータ２２を利用してファン９２を駆動することが好ましい。図５に示すように、モータ２２の出力軸３６がモータ２２の上部からも軸９０として突出するような構造にしておき、この出力軸３６の先端にファン９２をナット９４で固定する。こうすれば、電磁サスペンション１８が駆動される毎にファン９２が回転するので、放熱板７８、８０からの放熱を助けることができるほか、特別な駆動源が不要となるので省スペースにも貢献する。
【００５０】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５１】
実施の形態では、エアバネと電磁サスペンションを並列させた車両懸架装置を説明したが、油圧バネと電磁サスペンションを並列させた車両懸架装置についても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】車両懸架装置を備えた四輪の車両の模式図である。
【図２】エアバネと電磁サスペンションの構造を示す図である。
【図３】熱遮蔽板の平面図である。
【図４】エアチャンバ内の流体を循環させる様子を示す図である。
【図５】放熱板の近傍にファンを設けた様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  車両、  １２  車体、  １４  車輪、  １６  エアバネ、  １８  電磁サスペンション、  ２０  熱遮蔽板、  ２２  モータ、  ６４  ダイヤフラム、  ７０  供給口、  ７２  エアチャンバ、  ７８、８０  放熱板、  ８２  管、  ８８  制御バルブ、  ９２  ファン。
【図１】
2006117213.tif 000003
【図２】
2006117213.tif 000004
【図３】
2006117213.tif 000005
【図４】
2006117213.tif 000006
【図５】
2006117213.tif 000007