JP4660795B2

JP4660795B2 - 電磁サスペンション装置

Info

Publication number: JP4660795B2
Application number: JP2001024498A
Authority: JP
Inventors: 裕介赤見; 隆夫小原; 典之内海
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: DE10203802A1; JP2002227927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力による振動抑制用アクチュエータ、ダンパに係り、特に、自動車、鉄道車両、構造物及び建造物などに用いて好適な電磁サスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁サスペンション装置の一例として、液圧ダンパのオリフィス等の減衰力発生機構に代えて、回転型モータ及びこの回転型モータのロータの回転動を直線動に変換する直動―回転動変換機構を用いたり、あるいは直動型モータを用いた電磁サスペンション装置がある。この電磁サスペンション装置は、通電することにより可動部を変位させモータを本来のモータ（アクチュエータ）としてアクティブに動作させる一方、モータを発電機として使用することにより(パッシブに)減衰力を発生させるようにしている。
【０００３】
また、モータを発電機として使用した場合の減衰力は、コイルに流れる電流の大きさに比例するので、減衰力を可変とするためには、コイルに流れる電流の大きさを調整できればよい。コイルに流れる電流を調整するには、回路に可変抵抗を設けたり、回路をオン、オフするスイッチのオン、オフ時間を制御することなどで容易に実現できる。
【０００４】
そのため、電磁サスペンション装置の減衰力をストローク速度やストローク位置に応じて可変制御したり、制御対象の振動を抑制するようにリアルタイムに可変制御する、いわゆるセミアクティブダンパとして構成することは比較的容易である。また、このようにセミアクティブダンパとして構成する（発電機として使用する）場合、電磁サスペンション装置に電気エネルギーを与える必要はなく、消費電力を非常に低く抑えることができる。
【０００５】
また、電磁サスペンション装置に電気エネルギーを与えてモータとして使用すれば、容易に任意の力を発生させることができるため、力を加えて減衰力を大きくしたり、任意の力を発生させてアクティブサスペンションとして動作させ、振動抑制効果を高めることが可能であり、このようにして振動抑制効果を高める方法も提案されている。
【０００６】
上述した発電機及びモータとして作用する電磁サスペンション装置の一例として、図１１及び図１２に示すものがある。図１１及び図１２において、電磁サスペンション装置１は、筒状の磁性材料製の外筒部材３に磁性材料製のロッド部材４を相対伸縮可能に挿嵌させている。
【０００７】
外筒部材３の内径側には、コイル６が軸方向に複数個固定されている。ロッド部材４の外周側には磁石７が軸方向に複数個固定されている。ロッド部材４は、外筒部材３との間に設けられた図示しない案内部材により摺動支持されており、軸方向に移動可能とされており、ひいては、ロッド部材４に設けた磁石７と外筒部材３に設けたコイル６とが相対変位するようにされている。
【０００８】
この電磁サスペンション装置１では、ロッド部材４が外筒部材３すなわちコイル６に対してストロークすれば、フレミングの右手則によりコイル６には起電力が発生する。すなわち、磁石７及びコイル６等を含む電磁サスペンション装置１は、発電機として作用し、例えばコイル６の端子を仮に短絡し、コイル６を含む閉回路を形成すればコイル６に電流が流れる。この結果、この電磁サスペンション装置１は、ロッド部材４の外筒部材３に対する相対変位速度に応じた抵抗力、すなわち減衰力を発生することになる。また、コイル６と磁石７との相対的な位置関係（電気角）に応じて、コイル６に電流を流せば、電磁サスペンション装置１は、モータ（アクチュエータ）として作用する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁サスペンション装置では、縮み・伸び動作（ストローク）範囲の全領域において、大きな減衰力又は推進力（調整力）を発揮することが望まれている。
【００１０】
しかしながら、上述した電磁サスペンション装置１では、車両に配置された静止状態においては、図１１に示すように、磁石７はコイル６に対して、通常ストローク領域（縮み・伸び動作範囲の中央部）〔最大電磁力ストローク範囲〕で重なっている一方、ロッド部材４及び外筒部材３が相対変位すると、磁石７の一部がストローク方向にコイル６に重ならないようになる。例えば、伸び作動時には、図１２に示すように磁石７のうち一端側のものとコイル６とが重ならず、コイル不足の部分が生じることになる。
【００１１】
そして、前記電磁サスペンション装置１は、縮み・伸び動作範囲の中央部においては、所望の減衰力又は推進力を発揮し得るものの、縮み・伸び動作範囲の端部側では、電磁力発生に関わるコイル６が少なくなる分、発生し得る減衰力又は推進力が小さくなる。このため、前記電磁サスペンション装置１では、上記要望に適切に対処することができなかった。
【００１２】
上記要望に対して、電磁サスペンション装置１に減衰力を発生する液圧ダンパを備え、電磁力による減衰力又は推進力に液圧ダンパの減衰力を加えるようにすることが考えられる。しかしながら、この方策によれば、縮み・伸び動作範囲(ストローク)の全範囲で、減衰力が効くことになるため、例えば、減衰力が不要な車両状態時の発電機として使用したい場合には、発電動作の阻害になり、一方、車高調整を行ってアクティブ制御を行うためモータとして使用する場合には、モータ動作の阻害となる（例えば、迅速な車高調整が阻害されることになる）。このため、この方策では、上記要望には適切には応えられないというのが実情である。
【００１３】
また、電磁力を発生する部分（電磁ダンパ）を長くして（すなわち、コイル６を軸方向に長くなるように配置したり、磁石７を軸方向に長くなるように配置したりして）対処することが考えられるが、この方策では装置が大型化し、自動車などへの搭載性が悪くなる。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、縮み・伸び動作(ストローク)の全範囲で良好な減衰力を得られ、かつ小型化を図ることができる電磁サスペンション装置を提供することを目的とする。
【００１５】
請求項１記載の発明は、相対変位して縮み・伸び動作する長手状の一対の部材と、一対の部材の一方に長手方向に沿って設けられる磁石と、一対の部材の他方に長手方向に設けられるコイルとを有し、前記コイルへの通電又は前記コイルに生じる起電力に伴って磁石及びコイル間に発生する電磁力によって一対の部材に対する推進力又は減衰力を、前記縮み・伸び動作範囲の中央部において選択的に発生させる電磁サスペンション装置であって、前記縮み・伸び動作範囲の中央部よりも端部側には前記中央部よりも前記電磁力の発生が小さい部分を有し、前記端部側において、前記一対の部材に対して前記中央部よりも大きな減衰力を発生する減衰力発生機構を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、減衰力発生機構は、一対の部材の縮み・伸び動作に応じて減衰力が可変の減衰力可変型油圧緩衝器であり、該減衰力可変型油圧緩衝器が発生する減衰力は、前記縮み・伸び動作範囲の中央部において小さく、前記縮み・伸び動作範囲の端部側において大きいことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の構成において、減衰力発生機構は、前記一対の部材間に設けられる弾性部材であり、弾性部材の前記一対の部材に対する弾性力に関して、前記縮み・伸び動作範囲の中央部においては作用させず、かつ前記縮み・伸び動作範囲の端部側において作用させることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の構成において、前記電磁力により発生する推進力又は減衰力と減衰力発生機構が発生する減衰力とを加算して得られる加算力に関して、前記縮み・伸び動作範囲の中央部及び端部側の境界における特性が滑らかなものになるように、前記コイルへの通電又は起電力の発生を調整することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態に係る電磁サスペンション装置１Ａを図１ないし図８に基づいて説明する。なお、図１１及び図１２に示す部分及び部材と同等の部分及び部材については、その説明は適宜省略する。
【００１９】
この電磁サスペンション装置１Ａは、自動車に設けられており、図１、図２及び図４に示すように、四輪に対応して４つの電磁ダンパ２０を有し、電磁ダンパ２０に収納させるように液圧ダンパ２１（減衰力発生機構、減衰力可変型油圧緩衝器）を備えている。電磁ダンパ２０及び液圧ダンパ２１は、後述するように車体２２と車軸側(図示省略)との間に介装されている。電磁ダンパ２０は、有底筒状の磁性材料製の外筒部材３に磁性材料製のロッド部材４Ａを相対伸縮可能に挿嵌して構成されている。外筒部材３にはロッド部材４Ａの一端側（図１右側）が挿入され、例えば外筒部材３の底部２側が自動車の車軸側に固定され、ロッド部材４Ａの他端側（図１左側）が車体２２側に固定されるようになっている。
【００２０】
ロッド部材４Ａは、筒状をなし、一端側から他端側に向けて２段階に肉厚が薄くなるように構成されている。以下、ロッド部材４Ａの一端側をロッド部材第１筒部４Ａ１、中間部をロッド部材第２筒部４Ａ２、他端側をロッド部材第３筒部４Ａ３という。ロッド部材第３筒部４Ａ３の先端側は閉塞されている。
【００２１】
ロッド部材第２筒部４Ａ２の外周側には磁石７が軸方向に複数個固定されている。磁石７は、図２に示すように、その外周部（図２上側）及び内周部（図２下側）がそれぞれ、Ｎ極、Ｓ極となるように、あるいはその逆となるように着磁され、かつ、隣り合った磁極が交互にＮ極、Ｓ極となるようにされている。ロッド部材第２筒部４Ａ２は、磁気回路８の一部を構成している。また、外筒部材３におけるコイル６が設けられた部分が磁気回路８の一部を構成している。
【００２２】
ロッド部材４Ａは、外筒部材３との間に設けられた第１、第２案内部材２３，２４により摺動支持されており、軸方向に移動可能とされており、ひいては、ロッド部材４Ａに設けた磁石７が、外筒部材３に設けたコイル６に対して相対変位するようにされている。
【００２３】
第１案内部材２３は、外筒部材３と略同等長さで、外筒部材３内に挿入されて外筒部材３の底部２に直立して一体とされたアルミニウムなどの非磁性材料製の筒状の内側部材２３ａと、ロッド部材第１筒部４Ａ１の外周側に設けられた環状の摺動部（第１案内部材摺動部）２３ｂとから構成されている。第２案内部材２４は、外筒部材３の開口部（他端側部分）に保持された略環状の第２案内部材本体２４ａと、第２案内部材本体２４ａの内周部に設けられてロッド部材４Ａに摺動する第２案内部材摺動部２４ｂと、から構成されている。
【００２４】
この電磁ダンパ２０では、ロッド部材４Ａが外筒部材３、すなわちコイル６に対してストロークすれば、フレミングの右手則によりコイル６には起電力が発生する。すなわち、電磁ダンパ２０は、発電機として作用し、コイル６の端子を仮に短絡し、コイル６を含む閉回路を形成すればコイル６に電流が流れる。この結果、この電磁ダンパ２０は、ロッド部材４Ａの外筒部材３に対する相対速度に応じた抵抗力、すなわち減衰力を発生することになる。
【００２５】
また、コイル６と磁石７との相対的な位置関係（電気角）に応じて、コイル６に電流を流せば、電磁ダンパ２０は、モータ（アクチュエータ）として作用する。電磁ダンパ２０の発電機としての作用及びモータ（アクチュエータ）としての作用は、電磁ダンパ２０に設けた図示しない切換部（発電機・モータ切換部）を後述するコントローラ３０が制御することにより切り替えて行えるようにしている。この発電機・モータ切換部のコントローラ３０による制御により、モータ（アクチュエータ）として作用させる場合、コイル６への電流の大きさひいては推進力の大きさを調整すると共に、発電機として作用させる場合には、発生する減衰力の大きさを例えばコイル６を含む閉回路内にＦＥＴ等のＳＷ素子を設け、このＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ時間比をＰＷＭ制御し、回路を流れる電流を調整することで、調整し得るようになっている。
【００２６】
上述したように、電磁ダンパ２０が発電機又はモータとして作用する際、図２に示すように磁気回路８が構成される。すなわち、Ｎ極がコイル６側に配置された場合、磁石７のＮ極から発生する磁束（矢印Ｇで示す。）は、磁石７のＮ極 → コイル６ → 外筒部材３ → コイル６ → 磁石７のＳ極という経路を辿る。また、Ｓ極がコイル６側に配置された場合、磁石７のＮ極から発生する磁束（矢印Ｇで示す。）は、磁石７のＮ極 → ロッド部材第２筒部４Ａ２ → 磁石７のＳ極という経路を辿る。
【００２７】
また、コイル６をＵ，Ｖ，Ｗ相の３相に分割し、磁石７との相対的な位置関係（電気角）に応じて、コイル６に電流を流せば、この電磁ダンパ２０はモータ（アクチュエータ）〔３相同期モータ〕として機能することになる。
【００２８】
この電磁ダンパ２０は、さらに、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）に対応して設けられた３個のホール素子(図示省略)を備えている。３相の同期型リニアモータを用いた電磁ダンパ２０では、アクチュエータとして動作させる場合には、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）を構成する各コイル６への通電を、ストロークに応じて変化するコイル６−磁石７の相対位置（電気角）に合わせて制御する必要がある。前記ホール素子は、電気角を検出するため、ひいてはロッド部材４Ａと外筒部材３との相対位置を検出するための位置センサとして用いられ、ホール素子（位置センサ）によって検出されるコイル６−磁石７の相対位置（電気角）に応じてコイル６への通電制御を行なうようにしている。
【００２９】
ここで、ホール素子によりコイル６と磁石７との相対的な位置関係を検出する原理を説明する。
【００３０】
ホール素子は、磁石７により発生する磁界の強度に応じて、ホール電圧を発生するものである。そして、外筒部材３に固定されるコイル６が、磁石７に対して相対的に軸方向に移動したとき、このホール素子を通過する磁界強度は、磁石７の並びに応じて周期的に変化する。すなわち、ホール素子の出力電圧は、コイル６と磁石７との相対的な位置関係に応じて変化し、かつその変化のパターンはコイル６と磁石７との相対的な位置関係に対して繰り返し再現される。そのため、コイル６と磁石７との相対的な位置関係を検出することが可能である。
【００３１】
そして、例えばホール素子の出力電圧を正弦波状に補正し、Ｒ／Ｄ変換器などでパルス列やディジタルデータに変換することで、市販の３相同期モータ駆動用のドライバ装置を用いて電磁ダンパ２０をモータ（アクチュエータ）〔３相同期モータ〕として動作させることができる。
【００３２】
前記電磁ダンパ２０は、前記液圧ダンパ２１に対応して設けられており、液圧ダンパ２１の後述する通常ストローク領域Ｄ及び端部側ストローク領域Ｅに対応して、減衰力（推進力）を発生するようになっている。すなわち、通常ストローク領域Ｄでは、コイル６と磁石７が近傍（対面するように）に配置されていることから図３の中央部及び図８（ａ）の中央部に示すように所定の減衰力（推進力）を発生する。一方、端部側ストローク領域Ｅでは、図３の左右側及び図８（ａ）の左右側に示すように比較的小さな減衰力（推進力）を発生することになる。また、上記減衰力（推進力）の発生に関して、ストローク速度を横軸、減衰力（推進力）を縦軸とすると、通常ストローク領域Ｄ及び端部側ストローク領域Ｅにおける減衰力（推進力）は、それぞれ、図８（ｂ）の斜線部Ｈ１，Ｈ２で示されるようになる。
【００３３】
なお、予め設定された状態において、図８（ａ）で斜線Ｈ０で示す範囲及び図８（ｂ）の斜線部Ｈ１，Ｈ２の範囲内であれば任意の力を発生することができる。本実施の形態では、後述するように通常ストローク領域Ｄ及び端部側ストローク領域Ｅの境界部（以下、ストローク中央・端部境界部という）Ｊにおいて補正を行って指令電流を定め、この指令電流に基づくコイル電流により電磁ダンパ２０を制御し、前記予め設定された状態に比して大きい減衰力〔図８（ａ）に点線Ｋで示す。〕を発生させるようにしている。このため、液圧ダンパ２１の減衰力及び電磁ダンパ２０の減衰力を合成した合成減衰力（加算力）に関し、ストローク中央・端部境界部Ｊにおける合成減衰力特性は、図３に点線Ｌで示すように、滑らかなものになる。
【００３４】
前記ロッド部材４Ａの内側に収納されるようにして前記液圧ダンパ２１が設けられている。液圧ダンパ２１は、有底筒状をなし、ロッド部材４Ａ内に収納され、底部３２ａがロッド部材４Ａの他端側のボトム部３３に保持され内部に作動液（油液）が封入されるシリンダ３２と、シリンダ３２内を第１、第２室３４，３５に画成するピストン３６と、ピストン３６に一端側が連結され、他端側がシリンダ３２内に設けたロッドガイド３７を通して外筒部材３の底部２側に延びて底部２に固定される筒状のピストンロッド３８とを備えている。ロッドガイド３７は、ロッド部材４Ａに保持されたロッド部材側リング３７ａと、ロッド部材側リング３７ａに嵌合されてピストンロッド３８に摺動してこれを案内する摺動リング３７ｂとからなっている。
【００３５】
ピストン３６には、バルブ３９が設けられ、外筒部材３とロッド部材４Ａとが相対的にストロークするのに伴ってシリンダ３２内をピストン３６が移動し減衰力を発生する。ピストンロッド３８の一端部近傍（ピストン３６近傍）には、第１、第２室３４，３５を連通する流体通路４０が設けられている。ロッド部材４Ａのボトム部３３には、中央部分が縮径された細長い円柱状のピン４１の一端側が固定され、他端側はピストンロッド３８内に移動可能に挿入されている。ピストンロッド３８内のピン４１と外筒部材３の底部２との間にはフリーピストン４２が介装されており、フリーピストン４２と外筒部材３の底部２との間の室（ガス室４３）にはガスが封入されている。外筒部材３とシリンダ３２との間にはリザーバ室４４が形成されている。前記ピン４１に関し、その中央部分を以下、ピン縮径部４１ａといい、ピン縮径部４１ａに比して大径の端部側をピン基端側大径部４１ｂ、ピン先端側大径部４１ｃという。
【００３６】
前記ロッド部材４Ａ及び外筒部材３の相対変位（縮み・伸び動作）に伴って、ロッド部材４Ａ（シリンダ３２）に固定されたピン４１及び外筒部材３に固定されたピストンロッド３８も相対変位（縮み・伸び動作）することになる。
【００３７】
ここで、電磁ダンパ２０が車体２２に搭載され、静止状態（図１に示す状態）において、ピン縮径部４１ａが流体通路４０（ピストン３６近傍）に対面する状態が、電磁ダンパ２０（ピストン３６）が縮み・伸び動作範囲の中央部（前記通常ストローク領域Ｄ）にある状態とされる。又、ロッド部材４Ａ及び外筒部材３が相対的に縮んで通常ストローク領域Ｄを超え、ピン基端側大径部４１ｂが流体通路４０に対面する状態、及びロッド部材４Ａ及び外筒部材３が相対的に伸びて通常ストローク領域Ｄを超え、ピン先端側大径部４１ｃが流体通路４０（ピストン３６近傍）に対面する状態が、電磁ダンパ２０（ピストン３６）が縮み・伸び動作範囲の端部側（通常ストローク領域外。前記端部側ストローク領域Ｅ）にある状態とされる。
【００３８】
本実施の形態では、ピン縮径部４１ａの略中央部が流体通路４０（ピストン３６近傍）に対面する状態を基準位置とすると、通常ストローク領域Ｄは基準位置から±２０〜４０ｍｍの範囲で、端部側ストローク領域Ｅは、基準位置から±７０〜１００ｍｍの範囲になるように構成されている。
【００３９】
前記通常ストローク領域Ｄでは、図７（ａ）に示すように、ピストン３６が移動するのに伴いピン４１がピストンロッド３８内を移動しても、ピン縮径部４１ａが流体通路４０に対面して両者間には比較的大きな空隙が形成された状態となり第１、第２室３４，３５が連通しているので、作動液は流体通路４０を容易に通過し、図３中央部分及び図７（ａ）の中央部分に示すように、発生する減衰力は小さいものとなる。一方、端部側ストローク領域Ｅにあっては、ピン４１のピン基端側大径部４１ｂ又はピン先端側大径部４１ｃが流体通路４０を塞ぎ第１、第２室３４，３５が連通されなくなるため、図３の左右側及び図７（ａ）の左右側に示すように、発生する減衰力は大きくなる。また、上記減衰力（推進力）の発生に関して、ストローク速度を横軸、減衰力（推進力）を縦軸とすると、通常ストローク領域Ｄ及び端部側ストローク領域Ｅにおける減衰力（推進力）は、それぞれ、図７（ｂ）の点線Ｍ及び実線Ｎで示されるようになる。なお、ピストンロッド３８内をピン４１が移動する際の体積変化は、前記ガス室４３によって吸収される。
【００４０】
また、車体２２には、図４及び図５に示すように、加速度センサ５０及びロールレイトセンサ５１が取付けられている。加速度センサ５０は、車体２２の上下又は左右方向の変化状態（加速度）を検出し、これを加速度信号として出力する。ロールレイトセンサ５１は、車体２２のロール状態を検出しこれをロールレイト信号として出力する。加速度センサ５０、ロールレイトセンサ５１、前記ホール素子(図示省略)及び前記発電機・モータ切換部(図示省略)にコントローラ３０が接続されている。
【００４１】
コントローラ３０は、図４に示すように、加速度信号及びロールレイト信号を入力するセンサインターフェース５２と、４つの電磁ダンパ２０に対応して設けられた４つのドライバ５３と、前記センサインターフェース５２及びドライバ５３に接続された制御器５４と、から大略構成されている。
【００４２】
制御器５４は、センサインターフェース５２を介して加速度信号及びロールレイト信号を入力し、ドライバ５３を介してホール素子の検出により得られるストローク位置信号（適宜、単にストローク位置という。）及びストローク信号を入力し、振動抑制や姿勢制御の演算を行い、演算結果によって得られた電流指令をドライバ５３に出力しドライバ５３を介して発電機・モータ切換部(図示省略)を制御し、発電機又はモータとしての作用の切換、及び供給電流変更（ひいては推進力の調整）又は減衰力の調整を行うようにしている。
【００４３】
制御器５４は、図５に示すように、加速度信号、ロールレイト信号、ストローク位置信号及びストローク信号を入力し、入力信号に基づいて演算を行ない、その結果得られるサスペンション制御力を出力するサスペンション制御器５５と、ストローク位置信号及びストローク信号を入力する減衰力補正部５６と、モータ部制御器５７と、減算器５８とから構成されている。
【００４４】
サスペンション制御器５５は、ストローク位置信号に基づいて、ピストン３６が通常ストローク領域Ｄ、ストローク中央・端部境界部Ｊ及び端部側ストローク領域Ｅのいずれの状態にあるかを判定し、ピストン３６がストローク中央・端部境界部Ｊにある場合には、モータ部制御器５７と協働し、発生する減衰力を予め設定した大きさに比して大きくするようにする。
減算器５８は、サスペンション制御力から後述する電磁ダンパ減衰力を減算し電磁サスペンション制御力を得てこれをモータ部制御器５７に出力するようにしている。
【００４５】
減衰力補正部５６は、電磁ダンパ用補正部５６ａ及び液圧ダンパ用補正部５６ｂを有している。電磁ダンパ用補正部５６ａは、図示しないメモリを有し、このメモリにこの電磁ダンパ２０が有する図８に示す特性データ（電磁ダンパモデル）を予めマップ形式で記憶している。そして、電磁ダンパ用補正部５６ａは、ストローク位置信号及びストローク信号をメモリに記憶した内容に対比させ、対応する減衰力（予め設定された電磁ダンパ２０が発生し得る大きさの減衰力）を示す信号をモータ部制御器５７に出力する。
【００４６】
液圧ダンパ用補正部５６ｂは、図示しないメモリを有し、このメモリにこの液圧ダンパ２１が有する図７に示す特性データ（液圧ダンパモデル）を予めマップ形式で記憶している。そして、液圧ダンパ用補正部５６ｂは、ストローク位置信号及びストローク信号をメモリに記憶した内容に対比させ、対応する大きさの減衰力を減算器５８に出力する。
【００４７】
モータ部制御器５７は、電磁ダンパ用補正部５６ａからの減衰力が電磁ダンパ２０で発生し得る大きさの範囲になっているか判断しつつ、減算器５８からの電磁サスペンション制御力に基づいて対応する電流指令信号を発生する。この際、サスペンション制御器５５と協働し、ピストン３６がストローク中央・端部境界部Ｊにある場合には、発生する減衰力を予め設定した大きさに比して大きく〔図３に点線Ｌ。〕するようにする。
【００４８】
コントローラ３０（制御器５４）の制御について、図６に基づいて説明する。
まず、センサインターフェース５２より加速度及びロールレイトを読込み、サスペンション制御器５５に入力する(ステップＳ１)。
次に、ドライバ５３より各電磁ダンパ２０のストローク位置、ストローク速度を読込み、サスペンション制御器５５、液圧ダンパ用補正部５６ｂ及び電磁ダンパ２０用に入力する(ステップＳ２)。
【００４９】
次のステップ３でサスペンション制御器５５で各電磁ダンパ２０に必要なサスペンションに必要なサスペンション制御力を演算する。次に、液圧ダンパ用補正部５６ｂが、液圧ダンパモデルと読込んだストローク速度及びストローク位置から油圧ダンパが発生していると思われる減衰力を算出する (ステップＳ４) 。次に、液圧ダンパ用補正部５６ｂが、液圧ダンパモデルと読込んだストローク速度及びストローク位置から液圧ダンパ２１が発生していると思われる減衰力を算出する (ステップＳ４) 。
【００５０】
次に、減算器５８が、サスペンション制御器５５からのサスペンション制御力から後述する電磁ダンパ減衰力を減算し、電磁サスペンション制御力を得てこれをモータ部制御器５７に出力する(ステップＳ５)。次に、電磁ダンパ用補正部５６ａは、電磁ダンパモデル（図８）と読込んだストローク位置信号及びストローク速度信号とから、電磁ダンパ２０が発生可能な力の範囲を算出しモータ部制御器５７に出力する(ステップＳ６)。
【００５１】
ステップＳ６に続いて、モータ部制御器５７は、電磁サスペンション制御力と前記予め設定した状態における発生可能な力の領域とから電磁ダンパ２０への指令値を算出し、これを電流指令信号に変換してドライバ５３に出力する。この際、上述したように、モータ部制御器５７は、サスペンション制御器５５と協働し、ピストン３６がストローク中央・端部境界部Ｊにある場合には、発生する減衰力を予め設定した大きさに比して大きく〔図３に点線Ｌ。〕するように補正する。
【００５２】
上述した電磁サスペンション装置１Ａでは、通常ストローク領域Ｄにおいては電磁ダンパ２０が所定の減衰力（推進力）を発生する一方、端部側ストローク領域Ｅにおいて、液圧ダンパ２１が大きな減衰力を発生する。そして、端部側ストローク領域Ｅにおいて、電磁ダンパ２０が発生する減衰力（推進力）が低下しても、電磁ダンパ２０が発生する減衰力（推進力）と合成して得られる合成減衰力（加算力）が大きな値となる。このため、縮み・伸び動作(ストローク)の全範囲で良好な推進力／減衰力（加算力）を得ることができる。
【００５３】
また、上述したように、端部側ストローク領域Ｅにおいて、液圧ダンパ２１が減衰力を発生するので、例えばコイル６及び磁石７をストローク中央側に寄せて配置して端部側ストローク領域Ｅにおける電磁ダンパ２０が発生する減衰力を小さくしても、縮み・伸び動作(ストローク)の全範囲で良好な推進力／減衰力（加算力）を得ることができ、コイル６及び磁石７をストローク中央側に寄せて配置して電磁ダンパ２０ひいては装置全体を小型化することができる。
【００５４】
また、上述したように端部側ストローク領域Ｅにおいて液圧ダンパ２１が大きな減衰力を発生するので、仮に自動車が穴落ちしたり、突起乗り越しなどした場合にも、ストッパ機能（ストロークエンドストッパ機能）を発揮できる。
【００５５】
また、上述したように通常ストローク領域Ｄから端部側ストローク領域Ｅに移行する際、何等の手当てもしないと、端部側ストローク領域Ｅに移行した時に、突然に大きな減衰力が発生し、乗り心地の低下を招くことになる。これに対して、上述したようにモータ部制御器５７は、サスペンション制御器５５と協働し、ピストン３６がストローク中央・端部境界部Ｊにある場合には、発生する減衰力を予め設定した大きさに比して大きく〔図３に点線Ｌ。〕するように補正するので、減衰力特性が滑らかになり、良好な乗り心地を確保することができる。
【００５６】
上記実施の形態では、減衰力発生機構が液圧ダンパ２１である場合を例にしたが、これに代えて、減衰力発生機構として所定長さのばね（弾性部材）を用いて図９に示すように構成（第２実施の形態）してもよい。図９に示す電磁サスペンション装置１Ａ（第２実施の形態）は、図１ないし図８に示す電磁サスペンション装置１Ａに比して、ピン４１、フリーピストン４２、ピストン３６のバルブ３９及びピストンロッド３８の流体通路４０を廃止したこと、シリンダ３２内に封入された作動液を廃止したこと及びピストン３６に第１、第２室３４，３５を連通する大きな孔６０を形成したこと及び２つのばね６１を設けたことが主に異なっている。
【００５７】
２つのばね６１のうち一方はシリンダ３２内部でロッドガイド３７に当接するようにして配置され、他方のばね６１はシリンダ３２内部でボトム部３３に当接するようにして配置されている。
【００５８】
この第２実施の形態によっても、ばねが前記液圧ダンパ２１と同様に作用し、前記第１実施の形態と同様にして以下の（１）〜（４）の作用効果を奏することになる。
【００５９】
（１）縮み・伸び動作(ストローク)の全範囲で良好な推進力／減衰力（加算力）を得ることができる。
（２）コイル６及び磁石７をストローク中央側に寄せて配置して電磁ダンパ２０ひいては装置全体を小型化することができる。
【００６０】
（３）端部側ストローク領域Ｅにおいてばねが大きな減衰力を発生し、仮に自動車が穴落ちしたり、突起乗り越しなどした場合にも、ストッパ機能（ストロークエンドストッパ機能）を発揮できる。
（４）ピストン３６がストローク中央・端部境界部Ｊにある場合において、発生する減衰力を予め設定した大きさに比して大きくするように補正し、これにより、減衰力特性が滑らかになり、良好な乗り心地を確保することができる。
【００６１】
上記第２実施の形態では、減衰力発生機構がばね６１である場合を例にしたが、このばねに代えて、ゴム部材６２（弾性部材）を用いて図１０に示すように構成（第３実施の形態）してもよい。この第３実施の形態も、前記第２実施の形態と同様の作用効果を奏することになる。
【００６２】
上記実施の形態では、電磁サスペンション装置１Ａを自動車に用いた（制御対象を車両とした）場合を例にしたが、これに限らず制御対象を鉄道車両など他の車両、配管等の構造物及び建築物などに用いるようにしてもよい。
【００６３】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明によれば、相対変位して縮み・伸び動作する長手状の一対の部材と、一対の部材の一方に長手方向に沿って設けられる磁石と、一対の部材の他方に長手方向に設けられるコイルとを有し、前記コイルへの通電又は前記コイルに生じる起電力に伴って磁石及びコイル間に発生する電磁力によって一対の部材に対する推進力又は減衰力を、前記縮み・伸び動作範囲の中央部において選択的に発生させる電磁サスペンション装置であって、前記縮み・伸び動作範囲の中央部よりも端部側には前記中央部よりも前記電磁力の発生が小さい部分を有し、前記端部側において、前記一対の部材に対して前記中央部よりも大きな減衰力を発生する減衰力発生機構を備えており、電磁力によって推進力又は減衰力が発生する縮み・伸び動作範囲の中央部に連続する縮み・伸び動作範囲の端部側において減衰力発生機構が減衰力を発生するので、縮み・伸び動作(ストローク)の全範囲で良好な推進力／減衰力（加算力）を得ることができる。
【００６４】
また、縮み・伸び動作範囲の端部側領域において、減衰力発生機構が減衰力を発生するので、コイル及び磁石をストローク中央側に寄せて配置して縮み・伸び動作範囲の端部側領域におけるコイル及び磁石が発生する減衰力を小さくしても、縮み・伸び動作(ストローク)の全範囲で良好な推進力／減衰力（加算力）を得ることができ、コイル及び磁石をストローク中央側に寄せて配置する分、装置の小型化を図ることができる。
【００６５】
また、縮み・伸び動作範囲の端部側領域において減衰力発生機構が大きな減衰力を発生するように構成することが可能であり、例えば当該電磁サスペンション装置を搭載した自動車が穴落ちしたり、突起乗り越しなどした場合にも、ストッパ機能（ストロークエンドストッパ機能）を発揮できる。
【００６６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の構成において、前記電磁力により発生する推進力又は減衰力と減衰力発生機構が発生する減衰力とを加算して得られる加算力に関して、前記縮み・伸び動作範囲の中央部及び端部側の境界における特性が滑らかなものになるように、前記コイルへの通電又は起電力の発生を調整するので、縮み・伸び動作範囲の中央部から縮み・伸び動作範囲の端部側への移行を滑らかに行え、乗り心地の向上を図ることができる。すなわち、何等の手当てもしないと、縮み・伸び動作範囲の中央部から縮み・伸び動作範囲の端部側に移行する際、端部側に移行した時に、突然に大きな減衰力が発生し、乗り心地の低下を招くことになるが、このような事態になることを回避でき、その分、良好な乗り心地を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図２】図１の装置における磁気回路を模式的に示す断面図である。
【図３】図１の装置により得られる液圧ダンパの減衰力、電磁ダンパの減衰力及び合成減衰力を示す特性図である。
【図４】図１の装置のコントローラを模式的に示すブロック図である。
【図５】図４の制御器を模式的に示すブロック図である。
【図６】図４のコントローラの演算、制御内容を示すフローチャートである。
【図７】図５の油圧ダンパ用補正部のメモリに記憶される油圧ダンパモデルを示す図である。
【図８】図５の電磁ダンパ用補正部のメモリに記憶される電磁ダンパモデルを示す図である。
【図９】本発明の第２実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施の形態に係る電磁サスペンション装置を示す断面図である。
【図１１】従来の電磁サスペンション装置の一例を示す断面図である。
【図１２】図１１の装置の伸び状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ電磁サスペンション装置
３外筒部材（一対の部材）
４Ａロッド部材（一対の部材）
６コイル
７磁石
２０電磁ダンパ
２１液圧ダンパ（減衰力発生機構、減衰力可変型油圧緩衝器）
３０コントローラ
Ｄ通常ストローク領域（縮み・伸び動作範囲の中央部）
Ｅ端部側ストローク領域（縮み・伸び動作範囲の端部側）
Ｊストローク中央・端部境界部（縮み・伸び動作範囲の中央部及び端部側の境界）
６１ばね（弾性部材）
６２ゴム部材（弾性部材）

Claims

相対変位して縮み・伸び動作する長手状の一対の部材と、一対の部材の一方に長手方向に沿って設けられる磁石と、一対の部材の他方に長手方向に設けられるコイルとを有し、前記コイルへの通電又は前記コイルに生じる起電力に伴って磁石及びコイル間に発生する電磁力によって一対の部材に対する推進力又は減衰力を、前記縮み・伸び動作範囲の中央部において選択的に発生させる電磁サスペンション装置であって、
前記縮み・伸び動作範囲の中央部よりも端部側には前記中央部よりも前記電磁力の発生が小さい部分を有し、前記端部側において、前記一対の部材に対して前記中央部よりも大きな減衰力を発生する減衰力発生機構を備えたことを特徴とする電磁サスペンション装置。
請求項１記載の構成において、減衰力発生機構は、一対の部材の縮み・伸び動作に応じて減衰力が可変の減衰力可変型油圧緩衝器であり、該減衰力可変型油圧緩衝器が発生する減衰力は、前記縮み・伸び動作範囲の中央部において小さく、前記縮み・伸び動作範囲の端部側において大きいことを特徴とする電磁サスペンション装置。
請求項１記載の構成において、減衰力発生機構は、前記一対の部材間に設けられる弾性部材であり、弾性部材の前記一対の部材に対する弾性力に関して、前記縮み・伸び動作範囲の中央部においては作用させず、かつ前記縮み・伸び動作範囲の端部側において作用させることを特徴とする電磁サスペンション装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の構成において、前記電磁力により発生する推進力又は減衰力と減衰力発生機構が発生する減衰力とを加算して得られる加算力に関して、前記縮み・伸び動作範囲の中央部及び端部側の境界における特性が滑らかなものになるように、前記コイルへの通電又は起電力の発生を調整することを特徴とする電磁サスペンション装置。