(57)【要約】【課題】個別技術を統括又は統合するコンセプトなので理論的に議論することができ、今後新たな方策が生じても対応することができ、一つのデバイスで複数の機能を奏するのでイニシャルコスト及びランニングコストを低減することができ、アクティブ制御を容易に実用化することができ、省エネルギに貢献することができ、ミニチュアダンパのように従来のダンパでは実現困難なサイズのデバイスを実現することができるようにする。【解決手段】サスペンション系における力学系１２の運動、動揺又は振動を電磁デバイス１１によって制御する制御方法であって、単数又は協調する複数の電磁デバイス１１によって、パッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能又はエネルギ回生機能のいずれか又はすべてを融合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）サスペンション系における力学系の運動、動揺又は振動を電磁デバイスによって制御する制御方法であって、
（ｂ）単数又は協調する複数の電磁デバイスによって、
（ｃ）パッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能、エネルギ回生機能又はリンク機構機能のいずれか又はすべてを融合することを特徴とするサスペンション系の制御方法。
【請求項２】
前記力学系の運動、動揺又は振動を同時に同じ電磁デバイスによって制御する請求項１に記載のサスペンション系の制御方法。
【請求項３】
前記力学系の特性、外乱入力、運動制御目標、動揺又は振動抑制目標、及び、エネルギ収支を関数として、前記パッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能、エネルギ回生機能又はリンク機構機能の空間的又は時間的分配を行う請求項１又は２に記載のサスペンション系の制御方法。
【請求項４】
前記センサ機能は、前記電磁デバイスの出力を測定することによって、前記電磁デバイスに作用する力、前記力学系の運動、動揺又は振動のリアルタイムな状態、前記力学系の運動、動揺又は振動の平均的な状態、前記力学系の動揺又は振動を引き起こす外乱、及び、前記力学系の同定を情報として検出することを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載のサスペンション系の制御方法。
【請求項５】
前記情報は機械システム全体の監視及び制御に使用される請求項４に記載のサスペンション系の制御方法。
【請求項６】
複数の前記電磁デバイスを連携させて集中統合制御又は自律分散制御を行うことによって、リンク機構として機能させる請求項１〜５のいずれか１項に記載のサスペンション系の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、サスペンション系の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来、自動車、鉄道車両等の車両においては、ばねとダンパとを含むサスペンションが広く使用され、車両が道路や軌道を走行する際に発生する振動や動揺を抑制するようになっている。そして、近年においては、電磁デバイスを使用して前記振動や動揺を制御する技術が提案されている。
【０００３】
　例えば、電磁デバイスとしての電動モータを発電機として利用した電磁ダンパを用いて振動や動揺を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、可動マスの運動エネルギを回収して利用する船舶等の振動や動揺を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献２又は特許文献３参照。）。さらに、電動モータを使用して運動制御を行うサーボ系や電動モータを電気ばねとして活用する能動型減揺装置も提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２７５４３号公報
【特許文献２】特開平１１−６５６７９号公報
【特許文献３】特開２０００−１６１４２２号公報
【特許文献４】特開２００２−６８０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記電磁デバイスを使用して振動や動揺を制御する技術にも、いくつかの問題が残っている。例えば、電動モータを発電機として利用した電磁ダンパを用いて振動や動揺を制御する技術においては、パッシブな減衰力のみを制御するので性能に限界がある。また、可動マスの運動エネルギを回収して利用する技術においては、エネルギ収支に着目し、また、センサ機能を有していないので性能に限界がある。さらに、電動モータを使用して運動制御を行うサーボ系においては、振動や動揺に対応することができず、また、電動モータ以外のデバイスも必要となってしまう。さらに、電動モータを電気ばねとして活用する能動型減揺装置においては、エネルギ収支に着目し、また、センサ機能を有していないので性能に限界がある。
【０００５】
　本発明は、前記従来の問題点を解決して、個別技術を統括又は統合するコンセプトなので理論的に議論することができ、今後新たな方策が生じても対応することができ、一つのデバイスで複数の機能を奏するのでイニシャルコスト及びランニングコストを低減することができ、アクティブ制御を容易に実用化することができ、省エネルギに貢献することができ、ミニチュアダンパのように従来のダンパでは実現困難なサイズのデバイスを実現することができるサスペンション系の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　そのために、本発明のサスペンション系の制御方法においては、サスペンション系における力学系の運動、動揺又は振動を電磁デバイスによって制御する制御方法であって、単数又は協調する複数の電磁デバイスによって、パッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能、エネルギ回生機能又はリンク機構機能のいずれか又はすべてを融合する。
【０００７】
　本発明の他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記力学系の運動、動揺又は振動を同時に同じ電磁デバイスによって制御する。
【０００８】
　本発明の更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記力学系の特性、外乱入力、運動制御目標、動揺又は振動抑制目標、及び、エネルギ収支を関数として、前記パッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能、エネルギ回生機能又はリンク機構機能の空間的又は時間的分配を行う。
【０００９】
　本発明の更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記センサ機能は、前記電磁デバイスの出力を測定することによって、前記電磁デバイスに作用する力、前記力学系の運動、動揺又は振動のリアルタイムな状態、前記力学系の運動、動揺又は振動の平均的な状態、前記力学系の動揺又は振動を引き起こす外乱、及び、前記力学系の同定を情報として検出することを含む。
【００１０】
　本発明の更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記情報は機械システム全体の監視及び制御に使用される。
【００１１】
　本発明の更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、複数の前記電磁デバイスを連携させて集中統合制御又は自律分散制御を行うことによって、リンク機構として機能させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サスペンション系の制御方法においては、サスペンション系における力学系の運動、動揺又は振動を電磁デバイスによって制御する制御方法であって、単数又は協調する複数の電磁デバイスによって、パッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能、エネルギ回生機能又はリンク機構機能のいずれか又はすべてを融合する。
【００１３】
　この場合、サスペンション系や電磁デバイスの個別技術を統括又は統合するコンセプトなので理論的に議論することができる。また、新たな方策が生じても対応することができる。さらに、サスペンション系のイニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。さらに、アクティブ制御を容易に実用化することができ、省エネルギに貢献することができ、微小なサイズのデバイスを実現することができる。
【００１４】
　他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記力学系の運動、動揺又は振動を同時に同じ電磁デバイスによって制御する。
【００１５】
　この場合、一つの電磁デバイスで制御するので、サスペンション系のイニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。
【００１６】
　更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記力学系の特性、外乱入力、運動制御目標、動揺又は振動抑制目標、及び、エネルギ収支を関数として、前記パッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能、エネルギ回生機能又はリンク機構機能の空間的又は時間的分配を行う。
【００１７】
　この場合、複数の機能を適切に融合させることができる。
【００１８】
　更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記センサ機能は、前記電磁デバイスの出力を測定することによって、前記電磁デバイスに作用する力、前記力学系の運動、動揺又は振動のリアルタイムな状態、前記力学系の運動、動揺又は振動の平均的な状態、前記力学系の動揺又は振動を引き起こす外乱、及び、前記力学系の同定を情報として検出することを含む。
【００１９】
　この場合、複合ユニットであっても適切に集中統合制御又は自律分散制御することができる。
【００２０】
　更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、前記情報は機械システム全体の監視及び制御にも使用される。
【００２１】
　この場合、機械システム全体の動作を適切に監視し、かつ、制御することができる。
【００２２】
　更に他のサスペンション系の制御方法においては、さらに、複数の前記電磁デバイスを連携させて集中統合制御又は自律分散制御を行うことによって、リンク機構として機能させる。
【００２３】
　この場合、例えば、アンチロール・バーやサスペンションに関わる様々なリンク機構と同等の役割を果たすこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
　図１は本発明の第１の実施の形態におけるサスペンション系の制御ユニットの構成を示す概念図である。
【００２６】
　図において、１０はサスペンション系の制御ユニットであり、電磁デバイス１１、力学系１２及び制御手段１３を有する。本実施の形態において、サスペンション系は、いかなる種類のものであってもよく、例えば、二輪車、四輪車等の自動車のサスペンション系、鉄道車両のサスペンション系、モノレールのサスペンション系、新交通システムやリニアモータカーの磁気浮上式車両のサスペンション系等であってもよい。また、遊戯施設の乗り物や工場、倉庫内の物流搬送システムの搬送器のサスペンション系であってもよい。さらに、船舶の振動や動揺を抑制する船舶減揺装置であってもよいし、高層ビル等の建築物の振動や動揺を抑制する建築物減揺装置であってもよいし、工場に配設された工作機械等の各種機械の振動や動揺を抑制する制振装置であってもよい。
【００２７】
　ここで、前記電磁デバイス１１は、例えば、電磁石、電動モータ、リニアモータ等であるが制御可能な電磁デバイスであればいかなるものであってもよい。そして、前記電磁デバイス１１は、前記力学系１２から回生エネルギが入力されるエネルギ回生機能、ばね力ｆk+を前記力学系１２に対して出力するパッシブばね機能としての正のばね機能、ばね力ｆk-を前記力学系１２に対して出力するパッシブばね機能としての負のばね機能、ダンパ力ｆc を前記力学系１２に対して出力するパッシブダンパ機能としてのダンパ機能、アクチュエータ力ｆa を前記力学系１２に対して出力するアクチュエータ機能、前記力学系１２から運動、変動（振動又は動揺）等が入力されるセンサ機能のいずれか又はすべてを備えている。なお、前記センサ機能は、電磁デバイス１１の出力を測定することによって、前記電磁デバイス１１に作用する力、前記力学系１２の運動、動揺又は振動のリアルタイムな状態、前記力学系１２の運動、動揺又は振動の平均的な状態、前記力学系１２の動揺又は振動を引き起こす外乱、及び、前記力学系１２の同定を情報として検出する。本実施の形態において、力学系１２の同定とは、該力学系１２の運動、動揺、振動等に影響を与える、例えば、乗員及び積載物を含む車両の総質量や車両の慣性モーメントのようなファクターの数値、物理的性質等を判定した結果である。すなわち、前記センサ機能によって、車両の総質量や車両の慣性モーメントのようなファクターの実際の数値、物理的性質等を判定することができ、その結果を情報として検出する。
【００２８】
　また、前記センサ機能が検出する情報は機械システム全体の監視及び制御にも使用することができる。そして、本実施の形態においては、前記電磁デバイス１１によって、前記力学系１２の運動、振動又は動揺、すなわち、サスペンション系における力学系の運動、動揺又は振動を同時に制御する。
【００２９】
　また、前記力学系１２は制御手段１３による制御の対象であり、例えば、自動車や鉄道車両の車体、船舶の船体、建築物、機械本体等であるが、ばね、ダンパ、台車、車輪等も含むものである。そして、前記力学系１２は電磁デバイス１１から次の式（１）で表される力ｆ（ｔ）を受ける。
【００３０】
【数１】
2004144299.tif 000003
　さらに、前記制御手段１３は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり、例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、ワンチップマイコン等であるが、いかなるものであってもよい。そして、前記制御手段１３は制御信号を電磁デバイス１１に送信して該電磁デバイス１１の動作を通して前記力学系１２を制御する。また、前記制御手段１３は電磁デバイス１１の出力する前記力ｆ（ｔ）を検出する。
【００３１】
　そして、前記制御ユニット１０は、モデル推定手段１４、外乱推定手段１５、検出手段１６、切替手段１７、外部エネルギ１８及びエネルギ貯蓄デバイス１９を有する。ここで、該エネルギ貯蓄デバイス１９はエネルギを貯蓄するものであればいかなる種類のものであってもよいが、例えば、バッテリ、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置であり、前記電磁デバイス１１がエネルギ回生機能を備える場合、前記電磁デバイス１１が回生した回生エネルギを貯蓄する。
【００３２】
　また、前記外部エネルギ１８はエネルギを供給するものであればいかなる種類のものであってもよいが、例えば、発電機、電力線等である。そして、前記切替手段１７は、制御手段１３から受信する制御信号に従って前記外部エネルギ１８及びエネルギ貯蓄デバイス１９からのエネルギを切り替えて電磁デバイス１１に供給する。
【００３３】
【数２】
2004144299.tif 000004
　次に、複数の制御ユニット１０を複合した複合ユニットについて説明する。まず、複合ユニットを集中統合制御する場合について説明する。
【００３４】
　図２は本発明の第１の実施の形態における複合ユニットを集中統合制御する場合の制御システムの構成を示す概念図である。
【００３５】
　ここでは、ｎ個の制御ユニット１０−１〜１０−ｎを集中統合制御する場合について説明する。なお、ｉは、１以上ｎ以下の整数であり、ｉ番目の制御ユニット１０−ｉに関するものであることを示す添字である。この場合、前記制御ユニット１０−１〜１０−ｎのそれぞれは集中統合制御用の制御手段２１に接続され、該制御手段２１によって集中的に、かつ、統合的に制御される。すなわち、前記制御手段２１は前記制御ユニット１０−１〜１０−ｎのそれぞれの状態を検出して、それぞれを制御する制御信号を送信する。そして、前記制御ユニット１０−１〜１０−ｎのそれぞれについて前記電磁デバイス１１のパッシブばね機能、パッシブダンパ機能、アクチュエータ機能、センサ機能又はエネルギ回生機能を融合して空間的又は時間的分配を行うために、次の式（３）で表される評価関数Ｖi が使用される。
【００３６】
【数３】
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　しかし、前記制御ユニット１０−１〜１０−ｎのそれぞれは、図４に示されるように、相互に通信可能に接続され、それぞれの状態や制御信号を相互に送受信するようになっている。これにより、制御ユニット１０−１〜１０−ｎのそれぞれが自律的に制御を行いながら、全体として調和のとれた制御を行うことができる。
【００３７】
　次に、制御ユニット１０を磁気浮上式車両のサスペンション系に適用した場合について説明する。
【００３８】
　図５は本発明の第１の実施の形態における磁気浮上式車両のサスペンション系の構成を示す概念図、図６は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータの構造を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパとして機能する場合の等価回路を示す図、図８は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパとして機能する場合の速度と減衰力との関係を示す図、図９は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパとして機能する場合のモータの等価回路を示す図、図１０は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第１の図、図１１は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第２の図、図１２は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第３の図、図１３は本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第４の図、図１４は本発明の第１の実施の形態における磁気浮上式車両のサスペンション系の動作を示す図である。
【００３９】
　図５において、３０は新交通システムやリニアモータカーのような磁気浮上式車両、３１は該磁気浮上式車両３０の車体、３２は前記磁気浮上式車両３０の台車、３３は鉄製のレールから成る軌道、３４は永久磁石から成る負のばね、３５はコイルスプリング等から成る正のばね、３６はオイルダンパ等から成るダンパ、４１は電磁デバイス１１としての電磁石と図示されない第１の制御手段とから成る第１の制御ユニット、４２は後述される電磁デバイス１１としての電磁アクチュエータ４３と図示されない第２の制御手段とから成る第２の制御ユニットである。
【００４０】
　そして、前記磁気浮上式車両３０は、前記負のばね３４及び第１の制御ユニット４１の電磁石によって軌道３３に吸引された状態で走行する。なお、前記負のばね３４のばね定数ｋは負である。この場合、前記負のばね３４としての永久磁石と第１の制御ユニット４１の電磁石とを組み合わせた複合磁石の吸引力が浮上総質量と等しくなるように、前記電磁石の吸引力が第１の制御ユニット４１における第１の制御手段によって制御される。なお、前記浮上総質量は前記磁気浮上式車両３０の質量と搭載される乗員、荷物等の質量とを合計したものである。
【００４１】
　また、前記車体３１と台車３２とは前記正のばね３５、ダンパ３６及び第２の制御ユニット４２の電磁アクチュエータ４３によって結合されている。この場合、前記正のばね３５は、コイルスプリング、エアスプリング等の通常のばねであればいかなる種類のものであってもよく、また、ダンパ３６も、オイルダンパ、フリクションダンパ等の通常の、いわゆる、パッシブダンパであればいかなる種類のものであってもよい。
【００４２】
　この場合、前記磁気浮上式車両３０における力学系１２は、車体３１、台車３２、軌道３３、負のばね３４、正のばね３５及びダンパ３６から成り、制御手段１３及び電磁デバイス１１は第１の制御ユニット４１及び第２の制御ユニット４２から成る。
【００４３】
　そして、前記第２の制御ユニット４２の電磁アクチュエータ４３は、図６に示されるように、第１ケーシング４５、該第１ケーシング４５に対して長手方向（図６における左右方向）に移動可能な第２ケーシング４６、前記第１ケーシング４５内に取り付けられたＤＣモータ４７、該ＤＣモータ４７の回転軸に接続されたボールねじ軸４８、及び、前記第２ケーシング４６に取り付けられ前記ボールねじ軸４８に螺（ら）合するボールナット４９を有する。
【００４４】
　この場合、前記第１ケーシング４５及び第２ケーシング４６が相対的に外力によって移動させられると、前記ボールナット４９がボールねじ軸４８に対して矢印Ａで示されるように直線運動を行う。ここで、前記ボールナット４９は、第２ケーシング４６に取り付けられて回転不能となっているので、前記ボールねじ軸４８が矢印Ｂで示されるように回転させられる。すなわち、前記ボールねじ軸４８とボールナット４９とによって構成されるボールねじ機構によって、矢印Ａで示される直線運動が矢印Ｂで示される回転運動に変換される。そして、前記ボールねじ軸４８に接続されたＤＣモータ４７の回転軸が回転させられると、前記ＤＣモータ４７によって発電が行われる。これにより、矢印Ｂで示される回転運動の運動エネルギが電気エネルギに変換されて消費されるので、前記矢印Ａで示される直線運動の運動エネルギも消費される。すなわち、前記ＤＣモータ４７によって発電が行われることにより、前記第１ケーシング４５と第２ケーシング４６との相対的な直線運動が減衰させられる。そのため、前記第１ケーシング４５及び第２ケーシング４６の一方を車体３１に取り付け、他方を台車３２に取り付けることによって、前記車体３１と台車３２との相対的な運動を減衰させることができる。
【００４５】
　ここで、前記電磁アクチュエータ４３がパッシブダンパとして機能する場合の等価回路が図７に示されている。図７において、５１は等価回路におけるモータであり抵抗が０である。また、５２はＤＣモータ４７の内部抵抗であり、５３は外部抵抗である。そして、前記内部抵抗５２と外部抵抗５３との合計としての総抵抗値を変化させることによって、パッシブダンパとして機能する前記電磁アクチュエータ４３の減衰係数を変化させることができる。この場合、総抵抗値が大きくなるほど減衰係数が小さくなる。そのため、前記電磁アクチュエータ４３がパッシブダンパとして機能する場合、第２の制御ユニット４２における第２の制御手段は前記外部抵抗５３の値を制御するようになっている。
【００４６】
　そして、図６に示されるような電磁アクチュエータ４３を実際に試作して実験を行ったところ、電磁アクチュエータ４３がパッシブダンパとして機能する場合の速度と減衰力との関係は図８に示されるようになることが分かった。なお、図８に示される例では、外部抵抗５３の値は２〔Ω〕である。この場合、電磁アクチュエータ４３は、速度に比例した減衰力を発生することが分かる。
【００４７】
【数４】
2004144299.tif 000006
　なお、φ2 ／Ｒは電磁アクチュエータ４３の減衰係数に等しい。
【００４８】
　したがって、前記等価回路を流れる電流Ｉを検出することによって、前記力ｆを検出することができる。なお、電圧の値は抵抗値と電流値とを乗じたものなので、前記内部抵抗５２又は外部抵抗５３の両端の電圧を計測することによって電流Ｉを求めて、前記力ｆを検出することもできる。
【００４９】
【数５】
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　また、電磁アクチュエータ４３の発生する力は、ＤＣモータ４７の出力、動摩擦力、ＤＣモータ４７の内部慣性による慣性力の和であることから、電磁アクチュエータに加えられた荷重Ｆは、次の式（１５）によって推定される。
【００５０】
【数６】
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　そして、前記式（１２）〜（１５）を使用して、リアルタイムで電磁アクチュエータ４３がパッシブダンパとして機能する場合の状態量の推定を行いった。ここで、推定された状態量と実際に計測された状態量との比較を図１０〜１３に示す。なお、図１０はストローク速度の時間的変化を、図１１はストロークの時間的変化を、図１２はストローク加速度の時間的変化を、図１３は荷重の時間的変化をそれぞれ示している。
【００５１】
　そして、図１４に示されるように、前記構成の磁気浮上式車両３０を軌道３３に沿って走行させると、前記磁気浮上式車両３０の車体３１は、軌跡３７で示されるように、滑らかに移動する。この場合、前記軌道３３は軌道不整部分３３ａを備えるので、該軌道不整部分３３ａを通過する際に磁気浮上式車両３０に対して外乱が与えられるが、第１の制御ユニット４１及び第２の制御ユニット４２が適切に動作することによって、車体３１は前記外乱に応答しない。すなわち、第１の制御ユニット４１及び第２の制御ユニット４２による防振制御によって、前記車体３１には軌道不整部分３３ａによる振動が伝達されることがない。
【００５２】
　なお、前記軌道３３の曲線部３３ｂにおいて、前記車体３１は、軌跡３７で示されるように、前記軌道３３の変化に遅れることなく追従する。すなわち、第１の制御ユニット４１及び第２の制御ユニット４２による運動制御によって、前記車体３１は軌道３３に適切に追従することができる。なお、前記曲線部３３ｂは、前記軌道３３が大きく湾曲して平面曲線又は縦曲線を形成する箇所であり、前記平面曲線又は縦曲線に追従して前記車体３１が左右又は上下に変位する箇所である。
【００５３】
　このように、本実施の形態における制御方法においては、サスペンション系における力学系１２の運動、動揺又は振動を電磁デバイス１１によって制御するようになっている。この場合、該電磁デバイス１１は、前記力学系１２から回生エネルギが入力されるエネルギ回生機能、ばね力ｆk+を前記力学系１２に対して出力するパッシブばね機能としての正のばね機能、ばね力ｆk-を前記力学系１２に対して出力するパッシブばね機能としての負のばね機能、ダンパ力ｆc を前記力学系１２に対して出力するパッシブダンパ機能としてのダンパ機能、アクチュエータ力ｆa を前記力学系１２に対して出力するアクチュエータ機能、前記力学系１２から運動、振動又は動揺が入力されるセンサ機能のいずれか又はすべてを備えている。そのため、一つのデバイスで五つの機能を奏するので、サスペンション系のイニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。
【００５４】
　また、前記電磁デバイス１１によって、前記力学系１２の運動、振動又は動揺、すなわち、サスペンション系の力学的な運動、動揺又は振動を同時に制御するようになっている。そのため、一つの電磁デバイス１１で五つの機能を融合することができる。
【００５５】
　さらに、複数の制御ユニット１０を複合した複合ユニットを集中統合制御したり、自律分散制御したりすることができ、複数の電磁デバイス１１が協調して機能融合を高度化することができる。さらに、電磁デバイス１１がセンサ機能を備えることもでき、負のばね機能を備えることもできる。
【００５６】
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００５７】
　図１５は本発明の第２の実施の形態における電磁アクチュエータが発生する力と電流との関係を示す図である。なお、図１５において、横軸には電流値（Ａ）を、縦軸には力（Ｎ）を採ってある。
【００５８】
　本実施の形態においては、前記電磁デバイス１１をアクチュエータとして機能させた場合に発生する力と供給電流との関係を、実験結果に基づいて説明する。第１の実施の形態において説明した電磁デバイス１１としての電磁アクチュエータ４３にアクチュエータ機能を発揮させる場合、ＤＣモータ４７に供給される電流Ｉと電磁アクチュエータ４３が発生する力ｆとの関係は、ＤＣモータ４７のモータ係数をφとすると、次の式（１６）で表される。なお、前記モータ係数はモータに固有の定数である。
ｆ＝φ・Ｉ・・・式（１６）
　該式（１６）から、ＤＣモータ４７に電流Ｉを供給すると電磁アクチュエータ４３が力ｆを発生し、アクチュエータ機能を発揮することが分かる。なお、前記式（１６）は、第１の実施の形態において説明した電磁アクチュエータ４３がセンサ機能を発揮する場合の前記式（６）と同じものになる。
【００５９】
　そして、図６に示されるような電磁アクチュエータ４３を実際に試作して実験を行ったところ、ＤＣモータ４７に供給される電流Ｉと電磁アクチュエータ４３が発生する力ｆとの関係は図１５に示されるようになることが分かった。この場合、電磁アクチュエータ４３は、ＤＣモータ４７に供給される電流Ｉに比例した力ｆを発生することが分かる。
【００６０】
　次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００６１】
　本実施の形態においては、前記電磁デバイス１１をばねとして機能させた場合について説明する。この場合、第１の実施の形態において説明した電磁デバイス１１としての電磁アクチュエータ４３が有するセンサ機能によって前記電磁アクチュエータ４３のストロークを測定し、さらに、第２の実施の形態において説明した電磁アクチュエータ４３が有するアクチュエータ機能によって、前記ストロークに比例した復元力を発生させることによって、ばね機能を達成するようになっている。なお、前記電磁アクチュエータ４３のストロークは、図６に示される矢印Ａで示される方向に移動する第１ケーシング４５及び第２ケーシング４６の相対的な距離である。
【００６２】
　ここで、前記電磁アクチュエータ４３のストロークをｚとすると、ストロークｚは、ＤＣモータ４７に供給される電流Ｉ及びＤＣモータ４７の端子電圧ｖを測定することによって、次の式（１７）で表される。なお、前記端子電圧ｖは図７に示される等価回路における内部抵抗５２の両端の電圧であり、該内部抵抗５２の抵抗値をｒとする。
【００６３】
【数７】
2004144299.tif 000009
　ところで、ばねとは伸び、すなわち、変位に比例した復元力を発生させるものであるので、ばねが発生する力ｆk は、ばね定数をｋとすると、次の式（１８）で表される。
【００６４】
【数８】
2004144299.tif 000010
　そのため、前記電磁アクチュエータ４３をばねとして機能させる場合、前記式（１７）及び（１８）から、次の式（１９）で表される力ｆを前記電磁アクチュエータ４３が発生すればよいことになる。
【００６５】
【数９】
2004144299.tif 000011
　また、前記電磁アクチュエータ４３は、第２の実施の形態において説明したように、ＤＣモータ４７に供給される電流Ｉに比例した力ｆを発生する。すなわち、前記電磁アクチュエータ４３が発生する力ｆは、前記式（１６）で表される。そのため、該式（１６）及び（１９）から、ＤＣモータ４７に供給される電流Ｉは、次の式（２０）で表される。
【００６６】
【数１０】
2004144299.tif 000012
　このように、該式（２０）で表されるような電流ＩをＤＣモータ４７に供給することによって、電磁デバイス１１をばねとして機能させることができる。
【００６７】
　次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００６８】
　図１６は本発明の第４の実施の形態における電磁デバイスを使用したリンク機構の構成を示す概念図、図１７は本発明の第４の実施の形態における電磁デバイスをリンク機構に使用した場合の電気的接続を示す図、図１８は本発明の第４の実施の形態における等価なリンク機構を示す図である。
【００６９】
　本実施の形態においては、電磁デバイス１１としての電磁アクチュエータ４３を使用したリンク機構について説明する。この場合、前記電磁アクチュエータ４３が有するパッシブダンパ機能及びアクチュエータ機能を使用し、複数の電磁アクチュエータ４３を連携させて集中統合制御又は自律分散制御を行うことによってリンク機構として機能させることができる。
【００７０】
　図１６に示されるリンク機構５５においては、二つの電磁アクチュエータ４３が中心点５９に関して点対称となるように配設されている。図１６における右側の電磁アクチュエータ４３は、上端が右側の固定部材５６に取り付けられ、下端が右側の可動部材５７に取り付けられている。該右側の可動部材５７は、矢印Ｃで示されるように、下方に移動可能となっている。また、図１６における左側の電磁アクチュエータ４３は、下端が左側の固定部材５６に取り付けられ、上端が左側の可動部材５７に取り付けられている。該左側の可動部材５７は、矢印Ｃで示されるように、上方に移動可能となっている。そして、前記リンク機構５５において、左右の電磁アクチュエータ４３のＤＣモータ４７の端子は、図１７に示されるように、プラスの端子同士及びマイナスの端子同士が互いに接続されるように、電気的に接続されている。
【００７１】
　これにより、一方の電磁アクチュエータ４３が伸縮することによって発生したＤＣモータ４７の端子電圧が、他方の電磁アクチュエータ４３のＤＣモータ４７に印加されるので、他方の電磁アクチュエータ４３が一方の電磁アクチュエータ４３と同様に伸縮することになる。この場合、左右の可動部材５７を図１６に示されるような連結線５８で連結すると、該連結線５８は前記中心点５９を中心にして回転する。すなわち、一方の可動部材５７が、図１６に示されるように、矢印Ｃで示される方向に位置５７’にまで移動すると、他方の可動部材５７も矢印Ｃで示される方向に位置５７’にまで移動する。この場合、前記連結線５８は、前記中心点５９を中心にして位置５８’まで回転する。
【００７２】
　図１８には、前記リンク機構５５と等価なリンク機構６０が示されている。該リンク機構６０においては、固定部材６３に取り付けられた支柱６２に、リンク部材６１が中心軸６１ａを中心として回転可能に取り付けられている。そして、前記リンク部材６１の両端には、可動部材６４がそれぞれ取り付けられている。そのため、一方の可動部材６４が矢印Ｄで示されるように移動すると、他方の可動部材６４も、同様に、矢印Ｄで示されるように移動する。この場合、前記リンク機構５５の可動部材５７、連結線５８及び中心点５９は、等価なリンク機構６０の可動部材６４、リンク部材６１及び中心軸６１ａにそれぞれ対応する。
【００７３】
　次に、電磁アクチュエータ４３から成るリンク機構をアンチロール・リンク機構として使用する場合について説明する。
【００７４】
　図１９は本発明の第４の実施の形態における電磁デバイスを使用したアンチロール・リンク機構を磁気浮上式車両のサスペンション系に適用した場合の構成を示す概念図である。
【００７５】
　この場合、図１９に示されるように、二つの電磁アクチュエータ４３が新交通システムやリニアモータカーのような磁気浮上式車両７０の左右に、それぞれ、配設される。なお、図１９において、７１は該磁気浮上式車両７０の車体、７２は前記磁気浮上式車両７０の台車、７３は鉄製のレールから成る軌道、７４は永久磁石から成る負のばね、７５はコイルスプリング等から成る正のばねである。
【００７６】
　ここで、左右の電磁アクチュエータ４３のＤＣモータ４７の端子を、図１７に示されるように、プラスの端子同士及びマイナスの端子同士が互いに接続されるようにすると、左右の電磁アクチュエータ４３が同位相で伸縮する場合にはＤＣモータ４７に電流が流れないが、左右の電磁アクチュエータ４３が逆位相で伸縮する場合にはＤＣモータ４７に電流が流れてパッシブダンパとして機能するようになる。すなわち、左右の電磁アクチュエータ４３がともに伸長したり、ともに収縮したりする場合にはＤＣモータ４７に電流が流れないが、一方の電磁アクチュエータ４３が伸長すると他方の電磁アクチュエータ４３が収縮する場合にはＤＣモータ４７に電流が流れ、左右の電磁アクチュエータ４３がパッシブダンパとして機能するようになる。したがって、左右の電磁アクチュエータ４３はロール方向のパッシブダンパとして機能するので、車体７１がロールすることを防止するアンチロール・バーと同等の役割を果たすことができる。
【００７７】
　次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１〜第４の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１〜第４の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００７８】
　図２０は本発明の第５の実施の形態における電磁デバイスをエネルギ回生に使用した場合の電気的接続を示す図、図２１は本発明の第５の実施の形態における電磁アクチュエータをエネルギ回生に使用した場合のキャパシタ電圧の時刻歴を示す図である。
【００７９】
　本実施の形態においては、電磁デバイス１１としての電磁アクチュエータ４３を使用してエネルギを回生する場合について説明する。この場合、図２０に示されるように、電磁アクチュエータ４３のＤＣモータ４７の端子をキャパシタ７８に接続し、前記ＤＣモータ４７が回生した電気エネルギをキャパシタ７８に蓄電する。
【００８０】
　そして、図６に示されるような電磁アクチュエータ４３を実際に試作して実験を行ったところ、電磁アクチュエータ４３がエネルギを回生する場合におけるキャパシタ７８の電圧の時刻歴は図２１に示されるようになることが分かった。
【００８１】
　なお、前記第１〜第５の実施の形態においては、前記制御方法を新交通システムやリニアモータカーのような磁気浮上式車両のサスペンション系に適用した場合について具体的に説明したが、二輪車、四輪車等の自動車のサスペンション系、鉄道車両のサスペンション系、モノレールのサスペンション系、遊戯施設の乗り物や工場や倉庫内の物流搬送システムの搬送器のサスペンション系等のいかなるサスペンション系にも本実施の形態における制御方法を適用することができることは明らかである。さらに、前記制御方法を適用するサスペンション系は、船舶の振動や動揺を抑制する船舶減揺装置であってもよいし、高層ビル等の建築物の振動や動揺を抑制する建築物減揺装置であってもよいし、工場に配設された工作機械等の各種機械の振動や動揺を抑制する制振装置であってもよい。
【００８２】
　また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるサスペンション系の制御ユニットの構成を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における複合ユニットを集中統合制御する場合の制御システムの構成を示す概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における複合ユニットを自律分散制御する場合の制御システムの構成を示す概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における複合ユニットを自律分散制御する場合の情報伝達を示す概念図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における磁気浮上式車両のサスペンション系の構成を示す概念図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータの構造を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパとして機能する場合の等価回路を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパとして機能する場合の速度と減衰力との関係を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパとして機能する場合のモータの等価回路を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第１の図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第２の図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第３の図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における電磁アクチュエータがパッシブダンパかつエネルギ回生装置として機能する場合の状態量の変化を示す第４の図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における磁気浮上式車両のサスペンション系の動作を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における電磁アクチュエータが発生する力と電流との関係を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態における電磁デバイスを使用したリンク機構の構成を示す概念図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態における電磁デバイスをリンク機構に使用した場合の電気的接続を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態における等価なリンク機構を示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態における電磁デバイスを使用したアンチロール・リンク機構を磁気浮上式車両のサスペンション系に適用した場合の構成を示す概念図、である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態における電磁デバイスをエネルギ回生に使用した場合の電気的接続を示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態における電磁アクチュエータをエネルギ回生に使用した場合のキャパシタ電圧の時刻歴を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１　　電磁デバイス
１２　　力学系
４３　　電磁アクチュエータ
５５、６０　　リンク機構
【図１】
2004144299.tif 000013
【図２】
2004144299.tif 000014
【図３】
2004144299.tif 000015
【図４】
2004144299.tif 000016
【図５】
2004144299.tif 000017
【図６】
2004144299.tif 000018
【図７】
2004144299.tif 000019
【図８】
2004144299.tif 000020
【図９】
2004144299.tif 000021
【図１０】
2004144299.tif 000022
【図１１】
2004144299.tif 000023
【図１２】
2004144299.tif 000024
【図１３】
2004144299.tif 000025
【図１４】
2004144299.tif 000026
【図１５】
2004144299.tif 000027
【図１６】
2004144299.tif 000028
【図１７】
2004144299.tif 000029
【図１８】
2004144299.tif 000030
【図１９】
2004144299.tif 000031
【図２０】
2004144299.tif 000032
【図２１】
2004144299.tif 000033