(57)【要約】【課題】  停電などの故障があっても一定のダンパ力を発生するように装置を構成することによりバックアップシステムを簡約化し、制動力を増強することにより小型化した制振用電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】  ブロック状の電導性磁性材料で形成した固定子コア１２を備えると共に可動子２のシャフト２２に永久磁石２３を巻回した構造とすることにより、可動子２が固定子１に対して相対運動すると、固定子コア１２に渦電流を誘導するので渦電流損でダンパ力が発生し、電磁コイル１１に供給する励磁電流により発生するダンパ力に加わり、ダンパ力が増大する。【選択図】  図１
2005106242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性材料で形成される固定子コアと電磁コイルからなる固定子と強磁性材料で形成されるシャフトでなる可動子とで構成される制振用電磁アクチュエータであって、前記固定子コアが電導性ブロックで形成され、前記シャフトに磁石が巻回されていることを特徴とする制振用電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記固定子コアに１個以上のスリットを形成することを特徴とする請求項１記載の制振用電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記シャフトに巻回した磁石が、瓦状の永久磁石片を軸方向にずらしながら巻き付けたものであることを特徴とする請求項１記載の制振用電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記固定子コアに発生する渦電流に起因するダンパ力を推算して、不足するダンパ力を評価し、不足ダンパ力を発生させるため電磁アクチュエータに加えるべき電磁電流を決める演算装置を付属することを特徴とする請求項１記載の制振用電磁アクチュエータ。
【請求項５】
さらに、前記可動子の位置を検出する位置検出センサと、励磁電流制御装置を備えて、該位置検出センサが位置の測定信号を前記励磁電流制御装置に伝達して、該励磁電流制御装置が該制振用電磁アクチュエータのフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項４記載の制振用電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記固定子コアの長さは、前記可動子の長さより大きく該可動子の長さと可動子のストローク長を加えた長さより小さいことを特徴とする請求項１記載の制振用電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁アクチュエータに関し、特に車両の横揺れを効果的に減衰させる制振用電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両などでは、台車と車体の間にダンパーを挿入して車体の横揺れを吸収して乗り心地を改善している。最近は高度な制振性能を要求されるので、車体の揺れを測定してフィードバックするため電気的に制御できるアクティブアクチュエータが用いられる場合も多くなっている。
たとえば、特許文献１には、車両の安定走行を可能とし乗客の乗り心地を向上させるために、回転駆動する電動モータと回転−直線運動変換機構を備えて両端が伸縮するように動作する電動アクチュエータが開示されている。
【０００３】
また、アクティブアクチュエータとして電磁アクチュエータを用いることができる。電磁アクチュエータは電磁コイルを巻いた中空円筒状のコアである固定子の中心に鉄心からなる可動子を配置して、励起電流の向きと強さにより可動子の移動量を調整することにより両端距離が機構上直接的に伸縮するので、構造が簡単である。
【０００４】
しかし、従来の制振用電磁アクチュエータでは、電磁鋼板薄板を周方向に積層してコアに誘導される渦電流損を抑制していた。このため、部品点数が多く製造過程が複雑であった。そこで、製造方法を改良する試みも多くなされていて、たとえば特許文献２には、スペーサを巧みに利用することによって楔状の空間を形成させて薄板磁性板を円筒状に積層するようにした円筒型積層コア製造方法が開示されている。しかし開示された方法では、部品数の節減には成功していないので、限定的な効果を有するものという他ない。
【０００５】
また、電磁アクチュエータは停電などで電源電流が切れると可動子が自由に動くようになってダンパ力を失うので、別途バックアップシステムを必要とした。
また、一般に制振用電磁アクチュエータには大きな推力が要求されるので、装置自体が大きなものとなっていた。
【特許文献１】特開平０７−０８１５６１号公報
【特許文献２】特開平１０−３２２９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、停電などの故障があっても一定のダンパ力を発生するように装置を構成することによりバックアップシステムを簡約化し、制動力を増強することにより小型化した制振用電磁アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の制振用電磁アクチュエータは、ブロック状の電導性磁性材料で形成した固定子コアを備えると共に可動子のシャフトに永久磁石を巻回したことを特徴とする。
可動子が固定子に対して相対運動すると、固定子コアに渦電流を誘導するので渦電流損でダンパ力が発生し、電磁コイルに供給する励磁電流により発生するダンパ力に加わり、ダンパ力が増大する。
【０００８】
固定子コアは従来の薄板積層型と異なりブロック状になっているため渦電流の発生が妨げられることがなく、可動子が運動すると磁石が形成する磁界が変化することにより効果的に渦電流が発生する。
本発明の制振用電磁アクチュエータでは、停電等でダンパ力制御が不能になっても渦電流に起因してダンパ力が発生するので、バックアップシステムを設けなくても最小限の制動効果が発揮され安全を確保することができる。
したがって、制振用電磁アクチュエータの構成は単純になりサイズやコストが節減できる。また、電磁鋼板を積層する必要がないため、生産性とコストの面で有利である。
【０００９】
本発明の制振用電磁アクチュエータは、固定子コアにスリットを設けて渦電流によるダンパ力を調整するようにしてもよい。スリットにより回周する電流を制限すると渦電流を大きく減少させることができる。また、適当数のスリットを利用してブロックの大きさを加減すると、発生する渦電流を調整して渦電流損によるダンパ力を適正に制御することができる。
さらに、可動子のシャフトに瓦状の永久磁石片を軸方向にずらしながら巻き付けて、ディテント現象を解消して滑らかな制動力を発生させるようにすることができる。特に、瓦状磁石片の１塊の始点と終点で固定子コアのスロットピッチあるいはその整数倍であると、ディテント力をよく抑制し制御性に優れた電磁アクチュエータを構成することができる。
【００１０】
本発明の電磁アクチュエータでは、渦電流損に起因する適正なダンパ力が加算されるため、従来の励磁電流によるダンパ力成分の最大値を抑制することができるので、制振用電磁アクチュエータをより小型に構成することができる。
【００１１】
本発明の制振用電磁アクチュエータは、また、渦電流により発生するダンパ力を推算して、不足するダンパ力を評価し、不足ダンパ力を発生させるため電磁アクチュエータに加えるべき電磁電流を決める演算装置を付属することが好ましい。
さらに、可動子の位置を検出する位置検出センサを備えて、励磁電流制御装置に測定信号を伝達してフィードバック制御を行わせるようにすることが好ましい。
【００１２】
さらにまた、固定子コアの長さは、可動子の長さより大きく可動子長とストローク長を加えた長さより小さいことが好ましい。ストロークの中央付近では大きな推力を必要とするが、端部では大きな推力を必要としないことが多いため、端部の固定子コアを省略することができる。固定子コアが短くなれば電磁アクチュエータはさらに小型化軽量化することができる点で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施例を用いて本発明の制振用電磁アクチュエータを詳細に説明する。
図１は本発明に係る実施例の制振用電磁アクチュエータを示す軸方向断面図、図２は本実施例に用いる固定子コアの単位体の形状を示す斜視図、図３は本実施例の可動子ロッドに瓦状の永久磁石を取り付けた状態を表す一部断面図、図４は本実施例の制振用電磁アクチュエータを鉄道車両に取り付けた状態を説明する概念構成図、図５は本実施例に用いる推定器のブロック図、図６は制御装置のブロック図である。
【００１４】
本実施例の制振用電磁アクチュエータは、固定子１が内壁に構成されたケース３の中心軸に沿って可動子２が往復動可能に仕込まれたもので、ケースの底３１と可動子の先端面２１が、相対運動する構造体、本実施例では鉄道車両の車体と台車、のそれぞれに固定されて、両者間で相対距離が変動するとき、すなわち振動が発生するときに振動を抑制するものである。
固定子１は、複数個の電磁コイル１１がそれぞれ強磁性材料で形成された固定子コア１２の間に挟まれた構造になっている。
【００１５】
固定子コア１２は、導電性の磁性材料でできたブロックで形成された固定子コア単位体を、図１に示すように、軸方向に複数重ねて構成したものである。
固定子コア単位体は、たとえば図２に示したように、中心に向けて薄いティース１３を有するドーナツ状をしていて、ティースを重ねたときに隣のティース１３との間に空間ができ、その空間に電磁コイル１１が配置される。なお、ティース１３には適当な深さに達するスリット１５を１カ所あるいは数カ所設けてもよい。なお、固定子コア１２の材質を適当な体積抵抗率を持ったものとすることによってもダンパ力の調整を行うことができる。もちろん、スリット１５の調整と固定子コア１２の調整を併せて行うことも可能である。
電磁コイル１１は、リング状の巻線から構成され、複数相、たとえばＵ，Ｖ，Ｗ相の結線が施されている。
【００１６】
可動子２は、シャフト２２と永久磁石２３からなる。
シャフト２２は磁性体材料からなる円筒であって、芯の部分にケース３に設けられたガイドロッド３２が挿入される。シャフト２２は、ガイドロッド３２の外周の間に介装された軸受２４とケース３の開口３３の間に設けた軸受２５によって姿勢を維持しながら並進することができる。
永久磁石２３は、リング型磁石を適当な間隔でシャフト２２の外周に設置して形成される。あるいは、瓦状磁石をリング状にまたは螺旋状に重ねて固定したものであってもよい。
【００１７】
永久磁石２３は、径方向内外面に分極したもので、軸方向に隣り合う永久磁石は互いに逆の極性が表面に現れるように配置される。したがって、軸方向にＮ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石の列が形成される。
ティース１３と永久磁石２３の位置関係により制動力に波が生じ、いわゆるディテント力が発生して制御性が悪化することがある。図３に示した永久磁石２３は、瓦状磁石２６を軸方向にずらしてシャフト２２の外周を螺旋状に丁度１周分重ねたものであるが、このときのずれ量をティース１３のピッチＰあるいはその整数倍ｎＰに選べば、ティ−ス１３と永久磁石２３の間に軸方向のずれが生じてもシャフト２２と固定子の間の作用量はいつでも一定であるので、ディテント力を抑制して、制御性に優れた電磁アクチュエータを得ることができる。
【００１８】
ガイドロッド３２は円筒形状を有し、芯の部分にたとえば差動コイル型の位置センサ４がセットされている。差動コイル型位置センサ４は、シャフト２２の中心線に沿って設けられた棒の先端に固定されたセンシングコア（図示しない）の位置を介して可動子２の軸方向位置を測定することができる。
位置センサ４が可動子シャフト２２の中に組み込まれるので、電磁アクチュエータの小型化が容易となり、また、位置センサ４が受ける磁界の変動の影響も小さくすることができる。
【００１９】
図４は、本実施例の電磁アクチュエータを鉄道車両に適用したときの概念図である。車輪を備える台車６の上に車体７が載っている。台車６と車体７の間には空気ばね８と電磁アクチュエータ５が介装されている。
車体７は空気ばね８で支持されているため、台車６の横揺れ速度ｖｂが変動すると車体７の横揺れ速度ｖｃは同じ周期で変動するが位相遅れを有する。なお、電磁アクチュエータ５がなければ、横揺れの振幅は、通常、台車６よりも車体７の方が大きい。電磁アクチュエータ５があれば、車体７の動揺の振幅は小さく、台車６の動揺と同等あるいはそれ以下に抑制される。ただし、電磁アクチュエータ５があっても、転轍機通過時など外力を受けたときの過渡的な応答では台車６よりも車体７の振幅の方が大きい。
【００２０】
電磁アクチュエータ５の全ダンパ力Ｆは受動ダンパとしてのダンパ力Ｆdと電磁ダンパとしてのダンパ力Ｆaの和である。すなわち、
Ｆ＝Ｆa＋Ｆd
ここで、受動ダンパのダンパ力Ｆdは渦電流損に依存し、台車６に対する車体７の相対速度に依存する。また、電磁ダンパとしてのダンパ力Ｆaは電流に依存し、電源の能力内であれば任意の力を発生させることができる。
なお、台車６と車体７の相対速度に対応して電磁アクチュエータ５内で摩擦力が発生するが、ここでは無視できる。
【００２１】
ここで、受動ダンパがもたらす効果について考察する。
台車６の横揺れ速度ｖb、車体７の横揺れ速度ｖc、角周波数ω、台車６の横揺れ振幅ｍb、車体７の横揺れ振幅ｍcの間には、次の関係が成立する。
ｍc＝ａ×ｍb
ｖb＝ｍｂsinωｔ
ｖc＝ａ×ｍbsin（ωｔ−φ）
ａは、台車と車体の横揺れ振幅比である。ダンパがないときあるいは大きな力で動揺するときはａ≧１であり、電磁アクチュエータの抑制が利いていればａ≦１である。また位相遅れφは、車体７がサスペンションの共振周波数付近で動揺するときは、９０°付近の値を取る。
【００２２】
人は、鉄道車両が１Ｈｚ付近の動揺をしているときに最も強く感じるとされている。また、サスペンションの共振周波数もこの付近にある場合が多い。
スカイフックダンパの理論では、望ましいダンパは台車に拘わらず車体自体の動揺を減衰させるものであるから、車体７の絶対的な横揺れ速度ｖcに対してこれを抑制する反力を発生させるものである。そこで、望ましい減衰力Ｆiを
Ｆi＝−Ｄi×ｖc＝−Ｄi×ａ×ｍbsin（ωｔ−φ）
とおく。ここで、Ｄiはスカイフックダンパの理論に沿った望ましいダンピング定数である。
【００２３】
一方、受動ダンパの実際の効果としてのダンピング定数をＤとおくと、
Ｆd＝Ｄ（ｖb−ｖc）＝Ｄ×ｍb（sinωｔ−ａ×sin（ωｔ−φ））
電磁アクチュエータ５の全ダンパ力Ｆ＝Ｆa＋Ｆdをスカイフックダンパ理論による望ましい減衰力Ｆiにするのであるから、電流により発生させるべきダンパ力Ｆaは、
Ｆa＝Ｆi−Ｆd＝−Ｄi×ａ×ｍbsin（ωｔ−φ）
−Ｄ×ｍb（sinωｔ−ａ×sin（ωｔ−φ））
＝Ｄi×ｍb（−ａ（１−ｋ）sin（ωｔ−φ）−ｋsinωｔ）
＝Ｄi×ｍb（−（ａ（１−ｋ）cosφ＋ｋ）sinωｔ
＋ａ（１−ｋ）sinφcosωｔ）
＝−Ｄi×ｍb((ａ(１−ｋ)cosφ＋ｋ)２＋ａ２(１−ｋ)２sin２φ)１／２
×sin(ωｔ−δ)
＝−Ｄi×ｍb(ａ２(１−ｋ)２＋２ａ(１−ｋ)ｋcosφ＋ｋ２)１／２
×sin(ωｔ−δ)
となる。ただし、
ｋ＝Ｄ／Ｄi
はスカイフックダンパと比較した現実のダンピング定数の比である。また、
sinδ＝ａ(１−ｋ)sinφ
／(ａ２(１−ｋ)２＋２ａ(１−ｋ)ｋcosφ＋ｋ２)１／２
cosδ＝(ａ(１−ｋ)cosφ＋ｋ)
／(ａ２(１−ｋ)２＋２ａ(１−ｋ)ｋcosφ＋ｋ２)１／２ 
である。
【００２４】
ここで、電磁アクチュエータが従来品と同様に受動ダンパの働きを持たない場合には、減衰力Ｆiの全てを電流により供給する必要があるわけで、このとき電流で発生させるダンパ力Ｆaiは、
Ｆai＝Ｆi＝−Ｄi×ａ×ｍbsin（ωｔ−φ）
となる。
したがって、このＦaとＦaiを比較することにより、電磁アクチュエータに受動ダンパ機能を付加した効果を評価することができる。
両関数の比較は振幅の大小で行うことができる。両者の振幅比ｒは、
ｒ＝｜Ｆa｜／｜Ｆai｜
＝((１−ｋ)２＋２(１−ｋ)(ｋ/ａ)cosφ＋(ｋ/ａ)２)１／２       （１）
と与えられる。
【００２５】
ｒ＜１であって小さいほど、受動ダンパの働きが有効であって電気的な駆動力が節減できることになる。条件を整理すると、
ｋ((１−２/ａcosφ＋１/ａ２)ｋ−２(１−１/ａcosφ))＜０
となり、これがｋ＞０の解を持つためには、
cosφ/ａ＜１である必要がある。このときのｋの範囲は、
０＜ｋ＜２ａ(ａ−cosφ)/(ａ２−２ａcosφ＋１）
となる。
【００２６】
たとえば、φ＝９０°，ａ＝１、すなわち台車と車体の横揺れ運動が９０°の位相差を持ち振幅が同じときには、受動ダンパの有無で比較したダンパ力の振幅比ｋが０＜ｋ＜１の範囲にあれば受動ダンパの効果が認められる。また、このとき、ｋ＝１／２で受動ダンパの有無によるダンパ力の振幅比ｒが最小値２１／２／２となる。すなわち、受動ダンパを併用することにより、最大、電気的な駆動力を７０％程度までに抑えることが可能になる。
【００２７】
位相差φ＝９０°の場合を例にとって、受動ダンパ機能の効果を表すｒを最小にするダンピング定数比ｋの選択方法を説明する。式（１）において、φ＝９０°とすると、
ｒ２＝(１−ｋ)２＋(ｋ/ａ)２
であるので、これをｋについて解くと、
ｋ＝ａ２/(１＋ａ２)(１±((１/ａ２＋１)ｒ２−１/ａ２))１／２
これが意味のある解を持つには、
ｒ２≧１／(１＋ａ２）
でなければならない。すなわち、台車と車体のある振幅比ａが与えられたときにアクティブ駆動力は受動ダンパの働きがない場合に比べて、
ｒmin＝１／(１＋ａ２)１／２
に減らすことができる。このとき、受動ダンパの効き具合は、
ｋ＝ａ２/(１＋ａ２)
となるように選べばよい。
【００２８】
なお、上の議論は、特定の振幅比が与えられた場合に適用したものであり、動揺が減衰して振幅比が変化する場合にはｒ＝ｒminを維持することはできない。
たとえば、ある振幅比ａ0に対して最適に設定した後に振幅が変化してａ1となったとする。
すなわち、設定時には、
ｋ0＝ａ0２/(１＋ａ0２)
ｒmin0＝１／(１＋ａ0２)１／２
としても、振幅がａ1に変化すると、
ｒ＝((１＋(ａ0/ａ1)２ａ0２)/(１＋ａ0２))１／２ｒmin0
となるため、（ａ0/ａ1）が大きくなると、場合によってはｒ≧１となり受動ダンパの働きがかえって電流によるアクティブ制振効果を妨げる結果となることが分かる。
【００２９】
しかし、ｒに振幅を乗じた値を比較すると、
ａ1ｒ＝((ａ1２＋ａ0４)/(１＋ａ0２))１／２ｒmin0
＝(((ａ1２/ａ0２)＋ａ0２)/(１＋ａ0２))１／２ａ0ｒmin0
となる。ここで、
(((ａ1２/ａ0２)＋ａ0２)/(１＋ａ0２))１／２＜１
であるから、必要な制振力の絶対値は動揺振幅の減少と共に減少する。したがって、ある程度振幅が大きな場合に最適となる設定をしておけばよいことが分かる。
【００３０】
以上の検討は、φ＝９０°の場合について行ったが、一般的な場合は、振幅比ｒ＝｜Ｆa｜／｜Ｆai｜に対して、
ｒ＝((１−ｋ)２＋２(１−ｋ)(ｋ/ａ)cosφ＋(ｋ/ａ)２)１／２
が成立するから、これをｋに関する方程式として整理すると、
((１/ａ)２−２/ａcosφ＋１)ｋ２−(１−１/ａcosφ)ｋ＋１−ｒ２＝０
となる。なお、ｋ２の係数は常に正になる。
【００３１】
この方程式が、ｒ≦１の条件でｋ＞０の解を持つ必要十分条件は、
(１−１/ａcosφ)＞０
かつ、判別式≧０が成立することである。
判別式≧０から、
(１−２ａcosφ＋ａ２)ｒ２−sin２φ≧０
すなわち、
ｒ２≧sin２φ/(１−２ａcosφ＋ａ２)
である。
【００３２】
よって、ｒ２がとりうる最小の値ｒmin２は、
ｒmin２＝sin２φ/(１−２ａcosφ＋ａ２)
となる。
ここで、
１−ｒmin２＝１−sin２φ/(１−２ａcosφ＋ａ２)
＝(cosφ−ａ)２/(１−２ａcosφ＋ａ２)≧０
であるから、ｒmin２は常に１より小さく、受動ダンパはアクティブな推力を低減させる効果を持つことが分かる。
【００３３】
これが成立するのは、上記ｋ＞０の解を持つ条件から、
ａ＞cosφ
のときであり、スカイフックダンパを基準とするダンピング定数ｋを、
ｋ＝ａ(ａ−cosφ)／(ａ２−２ａcosφ＋１)
と選べばよい。
なお、振幅が大きいときに受動ダンパを効かせてアクティブな推力の絶対値を抑制する効果を得るようにしているため、通常ａ＞cosφの条件は満たされている。
【００３４】
上記の方法では、受動ダンパは振幅が大きいときに電流によるアクティブな力を補う効果を持つが、振幅が小さくなるとむしろアクティブな制振力を妨げることになる。しかし、振幅が小さいときは制振に使う力が小さいため、受動ダンパの逆作用を相殺する必要が生じてもアクティブ推力の必要容量は受動ダンパ機能が付属しないときに比べて減少する。
【００３５】
本実施例の制振用電磁アクチュエータは、渦電流損を利用した受動ダンパ機能の効果を推定して、これを相殺した結果に基づいて操作しなければならない。
図５は、受動ダンパの作用を推定する推定器の構成を示すブロック図である。
受動ダンパ機能の発生するダンパ力Ｆd、
Ｆd＝Ｄ(ｖb−ｖc）
を推定する必要がある。
ここで、受動ダンパのダンピング定数Ｄは、永久磁石の強度、配置、固定子コアの材質、形状、ブロックの大きさ、スリットの状態などにより変化するが、事前に設計解析あるいは実験で求めることができる。
【００３６】
位置センサ４は電磁アクチュエータ５の伸縮を検出するものであるから、台車６と車体７の相対的変位（ｘb−ｘc）を測定するので、これを微分することにより台車と車両の速度差(ｖb−ｖc）が得られる。
d/dt(ｘb−ｘc）＝ｖb−ｖc
演算機能を用いて検出信号から実際に算出するときは、相対的変位（ｘb−ｘc）の差分などを利用した疑似微分を計算する方法がある。
【００３７】
また、図示しない車体に取り付けられた加速度センサにより、空間に対する車体７の絶対的加速度ａcを求めることができる。
d/dt(ｖc）＝ａc
なお、これらの測定値は、従来の受動ダンパ機能を持たない電磁アクチュエータでも制御に必要な情報として信号入力されていたものである。
【００３８】
図５に示した推定器４１は、加速度信号ａcを利用して車体７と台車６の相対速度（ｖc−ｖb）を求めるものである。
加速度センサから加速度ａcの測定信号を入力して推定器４１の外に設けた入力積分器４２で積分して車体７の速度ｖcとして推定器４１に入力する。
位置センサ５から供給される相対位置（ｘc−ｘb）の情報信号は、第１積分器４３で積分係数として第２係数Ｋ2を用いた積分をされる。第１積分器４３は、係数器４４を備えたマイナーな帰還回路を備えて、帰還信号に係数Ｋ1を掛け合わせて第１積分器４３の入力に返すようになっている。
【００３９】
第１積分器４２と係数器４４で組まれるフィードバック回路は、ラプラス演算子領域において、
Ｖbe＝１／（Ｋ2ｓ２＋Ｋ1ｓ＋１）Ｖb
で与えられる。ただし、ＶbeとＶbはそれぞれｖbeとｖbのラプラス変換を表す。
こうして得られる台車６の推定速度ｖbeを入力積分器４２で得られる車体７の速度測定値ｖcから引いた速度差（ｖc−ｖbe）が推定器４１の出力になる。
【００４０】
また、推定器４１の出力信号（ｖc−ｖbe）は第２積分器４５を備えたメジャーな帰還回路を通って積分され変位信号（ｘc−ｘbe）となり、第１積分器４３の相対位置信号入力（ｘc−ｘb）に負帰還させる。すると、車体７の位置信号ｖcが相殺され、第１積分器４２の入力信号は位置センサの測定信号中の台車６の位置信号成分ｘbと推定器４１の推定出力信号（ｖc−ｖbe）から生成した台車６の位置信号成分ｘbeの差分（ｘb−ｘbe）となる。
【００４１】
フィードバック動作により入力信号がゼロになるように出力調整を行うため、最終的には上記位置信号の差分（ｘb−ｘbe）がゼロになり、このときの第１積分器４３の出力信号ｖbeは台車速度の正確な推定値になる。
係数Ｋ1，Ｋ2は、推定器４１の応答性を決めるパラメータである。
たとえば、１０Ｈｚ程度の変動に対して推定値が追従できるようにカットオフ周波数を５０Ｈｚ程度にするには、Ｋ1＝４．５×１０−３、Ｋ2＝１．０×１０−５と選べばよい。
【００４２】
図６は、このような推定器４１を組み込んだ電磁アクチュエータ制御装置のブロック図である。
入力積分器４１には加速度センサの測定信号ａcが供給され、積分すると車体７の速度ｖcが得られる。これをスカイフックダンパ理論に基づくダンピング定数Ｄiを掛ける理想ダンパ係数器４６に通すことにより、スカイフックダンパ理論による望ましい減衰力Ｆiが得られる。
【００４３】
また、位置センサ４の測定出力ｘc−ｘbと車体速度ｖcは推定器４１に供給されて、速度差推定値（ｖc−ｖbe）として出力され、受動ダンパのダンピング定数Ｄを掛ける受動ダンパ係数器４８を通って、渦電流による受動ダンパ機能の効果としてのダンパ力Ｆdが算出される。
こうして得られたスカイフックダンパ力Ｆiと受動ダンパのダンパ力Ｆdの差が電磁アクチュエータの電流による制動力Ｆaを決めることになる。
なお、この制動力Ｆaは誤差を含むことがあるので、車体７と台車６の変位信号出力（ｘc−ｘb）に適当な係数Ｋxを掛けて出力する変位調整係数器４７を用いて、調整することができる。
【００４４】
本実施例の制振用可動子のシャフトに設ける磁石は、電磁石であってもよい。可動子のシャフトは往復動するだけであるので、シャフトに付けた電磁石には容易に電流を供給することができる。電磁石を用いた場合は、供給電流値を変化させることにより電磁石で発生する磁界強度を調整して受動ダンパ力を制御することができる。
また、上記実施例では鉄道車両を対象として説明を行っているが、自動車はもちろん、建築物の制振装置としても、全く同じように利用できることはいうまでもない。
【００４５】
本実施例の制振用電磁アクチュエータは、コイル電流によりダンパ力を調整するのに加えて、可動子のシャフトに設けた永久磁石の作用により固定子コアに誘導される渦電流によって生ずる受動的なダンパ力を利用するため、電磁アクチュエータの小型化が可能である。また、故障時にも受動ダンパが作動するので、バックアップシステムも小規模のもので済み、さらには全く設けないでも済むことがある。
また、渦電流を誘起しやすくするためブロック材を使って固定子コアを作るときは、部品数が激減し製造工程も簡単になるので生産性の向上やコストの減少など経済的利益も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施例の制振用電磁アクチュエータを示す軸方向断面図である。
【図２】本実施例に用いる固定子コアの単位体の形状を示す斜視図である。
【図３】本実施例の可動子ロッドに瓦状の永久磁石を取り付けた状態を表す一部断面図である。
【図４】本実施例の制振用電磁アクチュエータを鉄道車両に取り付けた状態を説明する概念構成図である。
【図５】本実施例に用いる推定器のブロック図である。
【図６】本実施例に用いる制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  固定子
２  可動子
３  ケース
４  位置センサ
５  電磁アクチュエータ
６  台車
７  車体
８  空気ばね
１１  電磁コイル
１２  固定子コア
１３  ティース
１４  鍔
１５  スリット
２１  可動子の先端面
２２  シャフト
２３  永久磁石
２４  軸受
２５  軸受
２６  瓦状磁石
３１  ケースの底
３２  ガイドロッド
３３  開口
４１  推定器
４２  入力積分器
４３  第１積分器
４４  係数器
４５  第２積分器
４６  理想ダンパ係数器
４７  変位調整係数器
４８  受動ダンパ係数器
【図１】
2005106242.tif 000003
【図２】
2005106242.tif 000004
【図３】
2005106242.tif 000005
【図４】
2005106242.tif 000006
【図５】
2005106242.tif 000007
【図６】
2005106242.tif 000008