JP4660795B2 - 電磁サスペンション装置 - Google Patents
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Description
【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 (4)
- 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。
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