(57)【要約】【課題】  モータによるエネルギ回生を効率的に行うことができるとともに車両における乗り心地を向上す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である。【解決手段】  一方部材と、一方部材に対し相対運動を呈する他方部材と、該相対運動を少なくとも抑制可能なモータとを備えた電磁サスペンション装置において、短絡特性Ｔは、原点を通り短絡特性におけるストローク速度と荷重の曲線に対して接する接線をストローク速度が０．１ｍ／ｓで発生荷重が１０００Ｎであるポイントより上を通過させるように設定されるか、短絡特性における荷重は、頻繁使用ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定されることを特徴とする電磁サスペンション装置。【選択図】      図４
2007030663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方部材と、一方部材に対し相対運動を呈する他方部材と、該相対運動を少なくとも抑制可能なモータとを備えた電磁サスペンション装置において、モータの巻線を短絡したときのストローク速度と荷重との関係である短絡特性は、原点を通り短絡特性におけるストローク速度と荷重の曲線に対して接する接線をストローク速度が０．１ｍ／ｓで発生荷重が１０００Ｎであるポイントより上を通過させるように設定されることを特徴とする電磁サスペンション装置。
【請求項２】
一方部材と、一方部材に対し相対運動を呈する他方部材と、該相対運動を少なくとも抑制可能なモータとを備えた電磁サスペンション装置において、モータの巻線を短絡したときのストローク速度と荷重との関係である短絡特性における荷重は、頻繁使用ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定されることを特徴とする電磁サスペンション装置。
【請求項３】
モータの巻線と駆動回路の全体の抵抗およびモータのトルク定数の一方または両方は、モータの巻線を短絡したときのストローク速度と荷重との関係である短絡特性における荷重が頻繁使用ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁サスペンション装置。
【請求項４】
一方部材と他方部材に対し他方部材が直線相対運動を呈すると一方部材が回転運動を呈し、該一方部材の回転運動がモータに伝達されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項５】
短絡特性における荷重は、ストローク速度が０．１ｍ／ｓ以下で最大値を採ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項６】
短絡特性は、原点を通り短絡特性におけるストローク速度と荷重の曲線に対して接する接線をストローク速度が０．１ｍ／ｓで発生荷重が１０００Ｎであるポイントより上を通過させるように設定されることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項７】
モータは弱め界磁制御されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項８】
弱め界磁制御は、伸縮ストローク速度に基づいてｄ軸電流を制御することによって行われることを特徴とする請求項７に記載の電磁サスペンション装置。
【請求項９】
弱め界磁制御は、モータ内の巻線の誘導起電力が電源電圧を超える伸縮ストローク速度あるいはその近傍となると開始されることを特徴とする請求項７または８に記載の電磁サスペンション装置。
【請求項１０】
弱め界磁制御時のｄ相電流は、所定の値となるまで伸縮ストローク速度の増加にしたがって漸減されることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に最適となる電磁サスペンション装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種、電磁サスペンション装置としては、たとえば、車両のバネ上部材もしくはバネ下部材の一方に連結される筒と、バネ上部材もしくはバネ下部材の一方に連結され筒内に挿通されるロッドと、ロッドの外周に軸方向に並べて装着される複数の永久磁石と、筒の内周に設けられ上記永久磁石に対向する複数の巻線とでリニアモータを構成し、リニアモータの電磁力をロッドと筒との軸方向の相対運動を抑制する荷重（制御力）として利用している。
【０００３】
そして、このリニアモータにおける巻線は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相とされ、リニアモータとして構成された電磁サスペンション装置は、インバータによってＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御され、発生する減衰力を可変にすることが可能とされ、また、この電磁サスペンション装置にあっては、荷重発生源をリニアモータとしているので、上記ロッドと筒との相対運動における運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ回生を行うことが可能である。
【特許文献１】特開２００３−１０４０２５号公報（発明の詳細な説明欄，図１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した電磁サスペンション装置では、上述したように、エネルギ回生を行うことができるので、車両に搭載された際に、電源となるバッテリに充電することが可能となり、また、車両速度に応じて荷重を発生する領域を制限してモータが発電して得られる電流を有効に使用して省電力化を図るようにしている点で有用ではあるが、以下の不具合があると指摘される可能性がある。
【０００５】
すなわち、従来電磁サスペンション装置における完全にエネルギ回生を行える回生領域については限られた範囲であって、その領域内で必ず制御できるとは限らず、必ずしも省電力につながらない場合がある。
【０００６】
そして、近年では、モータとガソリンエンジンとを搭載し燃費向上を図ったハイブリッド自動車や完全にモータのみで駆動する電気自動車の開発が盛んとなってきており、このような電力消費が激しくなることが予想される車両への搭載を考えると、電磁サスペンション装置での電力消費は車両の駆動に影響与えるがことがあり得るので、従来電磁サスペンション装置では、電力消費の点で充分でない場合がある。
【０００７】
さらに、従来電磁サスペンション装置にあっては、上記省電力化を達成するためには、都度、伸縮ストロークやその速度によって制御範囲を決定する複雑な制御が必要であり、車両の挙動が制御の切り替わりによって変化することも考えられ、車両搭乗者に違和感や不安感を抱かせて結果的に車両における乗り心地を損ないかねない。
【０００８】
そこで、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、モータによるエネルギ回生を効率的に行うことができるとともに車両における乗り心地を向上す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である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、一方部材と、一方部材に対し相対運動を呈する他方部材と、該相対運動を少なくとも抑制可能なモータとを備えた電磁サスペンション装置において、モータの巻線を短絡したときのストローク速度と荷重との関係である短絡特性は、原点を通り短絡特性におけるストローク速度と荷重の曲線に対して接する接線をストローク速度が０．１ｍ／ｓで発生荷重が１０００Ｎであるポイントより上を通過させるように設定されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の課題解決手段は、一方部材と、一方部材に対し相対運動を呈する他方部材と、該相対運動を少なくとも抑制可能なモータとを備えた電磁サスペンション装置において、モータの巻線を短絡したときのストローク速度と荷重との関係である短絡特性における荷重は、最頻使用ストローク速度範囲内で最大値を採るようにした。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、接線をストローク速度が０．１ｍ／Ｓおよび荷重が１０００Ｎであるポイントより上を通過するように設定してあるので、電磁サスペンション装置が頻繁に使用されるストローク速度範囲内で緩衝器として発生することが必要とされる荷重範囲全体が回生領域内でカバーされることになる。
【００１２】
したがって、電磁サスペンション装置が頻繁に使用される場面では、常に回生して電源を充電するようになり電源の電力を消費することが無いので、確実に省電力化が図られ、電源があがってしまうような事態を防止でき、さらには、電気自動車等の駆動源をモータとするような車両に最適となる。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、モータの短絡特性は荷重が車両走行中に頻繁に使用されるストローク速度以下でピークを迎えるように設定される、すなわち、短絡特性における荷重は頻繁使用ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定されている。
【００１４】
すると、車両走行中に頻繁に出現するストローク速度範囲内における電源を充電することが可能な回生領域が大きくなるので、回生によって電源を充電する機会を多くすることができ、モータによるエネルギ回生を効率的に行うことができ、省電力化を確実なものにすることができる。
【００１５】
また、本電磁サスペンション装置にあっては、効率的な回生を行うために特別な制御の必要が無いので、省電力化制御のために車両の挙動が制御の切り替わるようなことが無くなるとともに車両搭乗者に違和感や不安感を抱かせることが無く、車両における乗り心地を向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における電磁サスペンション装置の概念図である。図２は、モータの制御装置のシステム図である。図３は、ＰＷＭ回路を示す図である。図４は、モータを短絡した状態における電磁サスペンション装置のストローク速度と荷重との関係である短絡特性を示す図である。図５は、軽、小型および普通自動車に適用される緩衝器の伸長側と収縮側の発生荷重の設定頻度状況を示す図である。図６は、車両走行中の緩衝器の伸縮ストローク速度の頻度を示す図である。図７は、電磁サスペンション装置の制御可能領域を示す図である。図８は、弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。図９は、弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。図１０は、弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。図１１は、弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。図１２は、他の電磁サスペンション装置の概念図である。
【００１７】
一実施の形態における電磁サスペンション装置は、図１に示すように、一方部材たる螺子軸１と、螺子軸１に対し相対運動を呈するボール螺子ナット２と、モータＭとを備えて構成されている。
【００１８】
詳しくは、螺子軸１は、ボール螺子ナット２に回転自在に螺合されるとともに、螺子軸１の図１中上端は、モータＭのロータＲに連結されている。他方のボール螺子ナット２は、螺子軸１が挿入される筒４の上端に固着されており、この筒４を介して車両のバネ上部材およびバネ下部材のうち一方に連結することが可能なようになっている。
【００１９】
また、螺子軸１は、車両のバネ上部材およびバネ下部材の他方に回転自在に連結されるようになっており、具体的には、上記車両のバネ上部材およびバネ下部材の他方に設けたボールベアリングに軸支されるか、モータＭを上記車両のバネ上部材およびバネ下部材の他方に固定するなどとされる。
【００２０】
したがって、螺子軸１とボール螺子ナット２が軸方向の直線相対運動を呈すると、螺子軸１が回転運動を呈することになり、この螺子軸１の回転運動がモータＭのロータＲに伝達されることになる。ここで、螺子軸１の回転速度を歯車機構等で構成される減速機を介して減速して上記螺子軸１の回転運動をロータＲに伝達するようにしてもよい。
【００２１】
なお、上記螺子軸１とボール螺子ナット２が軸方向の直線相対運動を呈するときに、螺子軸１を回転不能として代わりにボール螺子ナット２を回転させるようにする場合には、このボール螺子ナット２の回転運動をモータＭのロータＲに伝達するようにしてもよい。具体的には、螺子軸１を車両のバネ上部材およびバネ下部材の一方に回転不能に連結し、他方のボール螺子ナット２を車両のバネ上部材およびバネ下部材の他方にボールベアリング等を介して回転自在に連結し、ボール螺子ナット２の回転運動を歯車機構や摩擦車機構等を介してモータＭのロータＲに伝達してやればよい。
【００２２】
そして、モータＭは、この場合、筒状のフレーム１０と、フレーム１０の内周側に設けた電機子であるステータと、フレーム１０に回転自在に軸支されるロータＲとを備え三相ブラシレスモータとして構成され、詳しくは、ステータは、複数のティースを備えた環状のステータコア１１と、各ティースに巻回されたＵ，Ｖ，Ｗ相の各相における巻線１２とを備えており、他方のロータＲは、シャフト１３と、シャフト１３の中間部外周に装着された駆動用磁石１４とを備えている。
【００２３】
なお、駆動用磁石１４は、所定数の極数を実現できるようにブロック化された磁石で構成されてシャフト１３に埋め込まれており、本モータＭは、埋め込み磁石型とされている。無論、駆動用磁石１４を所定数の極数を実現できるようにブロック化してシャフト１３の外周に接着したり、環状に形成して分割着磁されてシャフト１３の外周に嵌着するようにしたりしてもよいが、いわゆる、表面磁石型とすると、後述する弱め界磁制御時に駆動用磁石１４の表面に渦電流損が生じやすいので、埋め込み磁石型の方が好ましい。
【００２４】
また、このモータＭには、ロータＲの回転角を検出するために、回転角センサ１５が搭載されており、具体的にはたとえば、回転角センサ１５は、シャフト１３設けたレゾルバコアとフレーム１０に設けられるレゾルバコアに対向するレゾルバステータとで構成されればよく、他にも、光学式のエンコーダを採用してもよいし、ロータＲにセンシング用磁石を設ける場合にはホール素子やＭＲ素子等の磁気センサをフレーム１０に設けるとした構成としてもよい。
【００２５】
上述のように、この電磁サスペンション装置にあっては、駆動源をモータＭとしているので、モータＭに電気エネルギを与えて駆動する場合には、螺子軸１を回転駆動させて螺子軸１とボール螺子ナット２とを積極的に相対直線運動させる、すなわち、ストロークさせることができ、アクチュエータとしての機能を発揮できる。
【００２６】
また、モータＭは、螺子軸１から強制的に回転運動が入力されると、誘導起電力や電源からの電力によって巻線１２に電流が流れて磁界が形成されて電磁力が発生し、螺子軸１の回転運動を抑制するトルクを発生するので、螺子軸１とボール螺子ナット２の相対直線運動を抑制するように機能する。すなわち、この場合には、モータＭが外部から入力される運動エネルギを回生して電気エネルギに変換して得られる電力によって、あるいは、この回生に加えて電源から供給される電力によって、発生するトルクで螺子軸１とボール螺子ナット２の相対直線運動を抑制することができる。
【００２７】
したがって、この電磁サスペンション装置は、モータＭをアクチュエータとしてもジェネレータとしても機能させ得るので、上記螺子軸１とボール螺子ナット２の相対直線運動を抑制することができると同時に、アクチュエータとしての機能を生かして車両の車体の姿勢制御も同時に行うことができ、これにより、アクティブサスペンションとしての機能をも発揮することができる。
【００２８】
そして、上記モータＭの巻線１２に流れる電流を制御するために、具体的には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線１２は、制御装置２０に接続され、このモータＭは、制御装置２０によって駆動制御される。
【００２９】
この制御装置２０は、図２に示すように、基本的には、上記巻線１２の三相のうち二相に流れる電流をｄｑ変換してｄ相電流値およびｑ相電流値を演算する二相電流演算手段２１と、電流目標値演算部２６によって決定される各電流目標値と上記ｄ相およびｑ相の電流値とに基づいてｄ相電圧指令値およびｑ相電圧指令値を演算する比例積分制御部２２と、上記ｄ相電圧指令値およびｑ相電圧指令値をＵ，Ｖ，Ｗの各相の電圧指令値に変換する三相変換演算手段２３と、三相ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗのうち二相に流れる電流値を検出する電流検出器２４と、モータ駆動回路としてのＰＷＭ回路２５とを備えて構成されている。
【００３０】
そして、この制御装置２０は、電流目標値演算部２６によって決定されるｄ相およびｑ相の各電流目標値と、二相電流演算手段２１の演算結果として得られるｄ相、ｑ相の電流値とのそれぞれの偏差に基づいてモータＭを比例積分制御する。なお、偏差を微分して得られる要素を追加して比例微分積分制御を行うようにしてもよい。
【００３１】
ここで、電流目標値演算部２６は、トルク指令としてｄ相およびｑ相の電流目標値を所定の制御則に則って上記比例積分制御部２２に出力するものであるが、所定の制御則に必要な情報となる車速、操舵角や、バネ上およびバネ下の速度・加速度等は、回転角センサ１５以外に適宜車両に設けられる各種センサ等から電圧信号等として電流目標値演算部２６に入力されるようになっている。なお、この電磁サスペンション装置の伸縮量、ストローク速度や伸縮加速度については、回転角センサ１５から得られる回転角θと螺子軸１のピッチ、減速比から演算すればよく、別途センサを設ける必要は無い。そして、具体的にたとえば、制御則にスカイフック理論を採用する場合には、車両におけるバネ上速度が電流目標値演算部２６に入力されるようにしておけばよく、この場合には電流目標値演算部２６は、上記バネ上速度からトルク指令としてのｄ相およびｑ相の電流目標値を演算して上記比例積分制御部２２に出力する。
【００３２】
なお、この電流値目標演算部２６は、基本的に、後述する弱め界磁制御時以外では、ｄ相電流目標値が０としてｑ相電流目標値を演算するようになっている。
【００３３】
また、電流検出器２４としては、ホール素子や巻線等を用いた非接触型や、三相の巻線１２のそれぞれに直列介装した抵抗の電圧降下から電流値を得る電流センサを用いればよい。
【００３４】
なお、上記電流検出器２４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうち二相に流れる電流値を検出すればよく、これは、二相の電流値が分かればロータＲの電気角θから後述する下記（１）式を用いてｄ相およびｑ相の電流値に変換可能であるからである。
【００３５】
さらに、ＰＷＭ回路２５は、図３に示すように、電源Ｅと、モータＭにおける三相各相の巻線１２に電流供給を行う６つのスイッチング素子４１と、各スイッチング素子４１にＰＷＭパルス信号を与えるマルチバイブレータ等の図示しないパルス発生器とを備えて構成されており、このＰＷＭ回路２５は、比例積分制御部２１が出力する各電圧指令値に基づいて所定のＰＷＭデューティ比で上記各相に電流供給を行う。なお、電源Ｅについては、車両に搭載されるバッテリとしておけばよい。
【００３６】
そして、二相電流演算手段２１は、電気角θを用いて、以下の（１）式に示したように、上記各電流値ｉｖ，ｉｕをｄ相およびｑ相の電流値ｉｄ，ｉｑへ変換する演算を行い、この変換されたｄ相およびｑ相の電流値ｉｄ，ｉｑを比例積分制御部２２へ出力する。
【数１】
2007030663.tif 000003
比例積分制御部２２は、各電流目標値ｉｄ*，ｉｑ*と電流値ｉｄ，ｉｑの各偏差εｄ，εｑを算出し、算出された偏差εｄ，εｑを積分して得られた積分値に所定の積分ゲインを乗じ、さらには、各偏差εｄ，εｑに所定の比例ゲインを乗算じ、積分ゲイン乗算後の値と比例ゲイン乗算後の値を加算して、各電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを出力する。
【００３７】
そして、さらに、ｄ相電圧指令値Ｖｄおよびｑ相電圧指令値Ｖｑは、上記したにＵ，Ｖ，Ｗの各相の電圧指令値に変換する三相変換演算手段２３に入力され、この三相変換演算手段２３は、下記（２）式の演算によって、上記ｄ相電圧指令値Ｖｄおよびｑ相電圧指令値Ｖｑを実際のＵ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗへ変換し、この変換された電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ回路２５に出力する。
【数２】
2007030663.tif 000004
また、このモータ制御装置は、リミッタ２７を備えており、このリミッタ２７は、三相変換演算手段２３が出力する上記各電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのうち、ＰＷＭ開度が全開、すなわち、ＰＷＭデューティ比が最大値以上となる場合に、ＰＷＭデューティ比を最大値とする値に電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを制限する。
【００３８】
そして、上記制御装置２０のＰＷＭ回路２５以外の各部は、ハードウェアとして、具体的にはたとえば、電流検出器２４、回転角センサ１５および車体姿勢制御に必要な各種センサが出力する各信号を増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｓｓｅｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインとを備えた図示しない周知のコンピュータシステムとして構成され、また、ＰＷＭ回路２５に電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力することができるようになっている。なお、このハードウェアとして制御装置２０のＰＷＭ回路２５以外の各部は、車両に搭載されるＥＣＵに統合されてもよい。
【００３９】
そして、この場合、上記電流目標値演算部２６における目標値の演算のための制御処理手順と後述する弱め界磁制御の処理手順は、プログラムとしてＲＯＭや他の記憶装置に予め格納されている。
【００４０】
ところで、この電磁サスペンション装置は、モータＭのロータＲが回転すると、ロータＲの駆動用磁石１４の磁束が巻線１２を横切るので、巻線１２に誘導起電力が生じて回生電流が流れることから、巻線１２には、ＰＷＭ回路２５で備える電源Ｅによる電流と上記誘導起電力による回生電流が流れることになるが、モータＭの巻線１２の誘導起電力によって電源Ｅを充電可能な回生を行うことができる回生領域Ｋは、原点を通り短絡特性Ｔにおけるストローク速度と荷重の曲線に対して接する接線Ｓとストローク速度軸とで囲まれる範囲となり、図４に示すように、短絡特性Ｔによって決することができる。なお、モータＭのロータＲの回転速度は、螺子軸１とボール螺子ナット２の相対速度、すなわち、電磁サスペンション装置のストローク速度に比例し、また、モータＭの出力トルクは電磁サスペンション装置の荷重に比例することから、上記短絡特性Ｔは、モータＭ自体の回転速度とトルクの関係である短絡特性を上記電磁サスペンション装置のストローク速度と荷重との関係に変換したものである。そして、本明細書で短絡特性という場合、特に断らなければ、上記したようにモータを短絡した状態における電磁サスペンション装置のストローク速度と荷重との関係を言う。
【００４１】
そして、このモータＭの各相の巻線１２を短絡した状態における電磁サスペンション装置のストローク速度と荷重との関係である短絡特性Ｔにおける荷重は、最頻使用ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定される。
【００４２】
ここで、ストローク速度とは、螺子軸１に対するボール螺子ナット２の軸方向の直線相対移動速度であって、荷重とは、モータＭが発生するトルクによって生じる螺子軸１とボール螺子ナット２の直線相対運動を抑制あるいは助長する力のことである。
【００４３】
図４中、ストローク速度軸において、電磁サスペンション装置が収縮する方向のストローク速度を便宜的に正の値とすると、原点より右方側は収縮方向のストローク速度を示し、電磁サスペンション装置が伸長する方向のストローク速度を便宜的に負の値とすると、原点より左方側は伸長方向のストローク速度を示している。他方、荷重軸において、電磁サスペンション装置を伸長させる方向の荷重を便宜的に正の値とすると原点より上方側は伸長方向の荷重を示し、電磁サスペンション装置を収縮させる方向の荷重を便宜的に負の値とすると原点より下方側は収縮方向の荷重を示している。
【００４４】
したがって、図４中、第１象現は、電磁サスペンション装置は、収縮する方向にストロークするのに対しそのストロークを抑制する荷重を発生している状態を示し、第２象現は、電磁サスペンション装置は、伸長する方向にストロークするのに対しそのストロークを助長する方向に荷重を発生している状態を示し、第３象現は、伸長する方向にストロークするのに対しそのストロークを抑制する荷重を発生している状態を示し、第４象現は、収縮する方向にストロークするのに対しそのストロークを助長する荷重を発生している状態を示している。
【００４５】
上述のように回生領域Ｋは、原点を通り短絡特性Ｔにおけるストローク速度と荷重の曲線に対して接する接線Ｓとストローク速度軸とで囲まれる範囲（図４中斜線部分）となり、短絡特性Ｔによって決することができ、さらには、この接線Ｓにおける傾きは、モータＭのトルク定数およびの巻線１２とＰＷＭ回路２５の全体の抵抗、すなわち回路中の抵抗器以外にもリード線の内部抵抗を含んだ全体の抵抗によっても決まる値であるので、トルク定数および上記全体の抵抗の設定によっても回生領域Ｋを決定することができる。また、上記接線Ｓの傾きは、螺子軸１のリードによっても調整することも可能である。
【００４６】
なお、図４中の各象現の最大あるいは最小荷重を決する水平線ａは、電流目標値演算部２６で演算されるｑ相電流目標値ｉｑ*を制限することで決せられる荷重発生可能な領域と不可能な領域とを仕切る線であり、また、曲線ｂもまた荷重発生可能な領域と不可能な領域とを仕切る線である。
【００４７】
上記した短絡特性Ｔは、ストローク速度を増速していくと、あるストローク速度で荷重のピークを迎え、その後のストローク速度の増速に対しては、荷重が漸減していくような曲線を描く。これは、荷重ピークを迎えるまでは、モータＭのロータＲが強制的に回転させられることによる発電によって得られる電流がストロークを抑制するトルクを有効に発生させるように各相の巻線１２に流れるが、荷重ピークを過ぎる程度までストローク速度が速くなるとトルクに寄与しない無効電流が増えて荷重が小さくなることによるものである。なお、このことは、回生領域Ｋに影響を与えるものではない。
【００４８】
なお、モータＭの巻線１２とＰＷＭ回路２５の全体の抵抗、すなわち回路中の抵抗器以外にもリード線の内部抵抗を含んだ全体の抵抗、さらには、螺子軸１のリードを変化させると、短絡特性Ｔをストローク速度軸に沿って圧縮伸長させることができ、上記抵抗を小さくするか螺子軸１のリードを小さくすれば、短絡特性Ｔはストローク速度軸に沿って原点側に向けて圧縮され、逆に、抵抗を大きくするか螺子軸１のリードを大きくすれば、短絡特性Ｔはストローク速度軸に沿って高速側に向けて伸長され、これによって接線Ｓの傾きを変化させることができる。また、トルク定数を大きくすれば接線Ｓの傾きを大きくでき、逆にトルク定数を小さくすれば接線Ｓの傾きを小さくすることができる。そして、特に、上記全体の抵抗を小さくするか、あるいは、トルク定数を大きくするか、あるいは、螺子軸１のリードを小さくするか、あるいは、それらの任意の組み合わせで、電磁サスペンション装置は、ストローク速度が低くても大きな荷重が得られ、上記回生領域Ｋも大きくなることになる。
【００４９】
ここで、この電磁サスペンション装置においては、短絡特性Ｔは荷重が車両走行中に頻繁に使用されるストローク速度範囲でピークを迎えるように設定される、短絡特性Ｔにおける荷重は頻繁使用ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定されている。
【００５０】
すると、車両走行中に頻繁に使用されるストローク速度範囲内における回生領域Ｋが大きくなるので、回生によって電源Ｅを充電する機会が多くすることができ、モータＭによるエネルギ回生を効率的に行うことができ、省電力化を確実なものにすることができる。
【００５１】
また、本電磁サスペンション装置にあっては、効率的な回生を行うために特別な制御の必要が無いので、省電力化制御のために車両の挙動が制御の切り替わるようなことが無くなるとともに車両搭乗者に違和感や不安感を抱かせることが無く、車両における乗り心地を向上することが可能である。
【００５２】
上述したところから理解できるように、原点を通り短絡特性Ｔにおけるストローク速度と荷重の曲線に対して接する接線Ｓの傾きは上記モータＭの巻線１２とＰＷＭ回路２５の全体の抵抗、トルク定数および螺子軸１のリードで決することが可能であるので、上記全体の抵抗、トルク定数、および、トルク定数および螺子軸１のリードの設定によって短絡特性Ｔにおける荷重が所定ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定するが可能である。
【００５３】
ところで、車両には、車両走行中にバネ下部材に入力される振動をバネ上部材に伝達しにくくするためにバネ下部材とバネ上部材との間にバネ要素が介装され、また、その振動を抑制するために緩衝器がバネ下部材とバネ上部材との間に介装されるのが通常であり、軽、小型および普通自動車に適用される緩衝器の伸長側と収縮側の発生荷重の設定頻度状況を示す図５から、伸長側では、おおよそ６００Ｎを中心として２００Ｎから１０００Ｎの範囲内で荷重を発生している緩衝器が多く、収縮側ではおおよそ３００Ｎを中心として０Ｎから６００Ｎの範囲内で荷重を発生している緩衝器が多く、上記のような自動車の車体振動を抑制するためには、緩衝器は伸長側で１０００Ｎ、収縮側で６００Ｎ程度の荷重を発生する必要がある。
【００５４】
また、車両走行中の緩衝器の伸縮ストローク速度の頻度を示す図６から、緩衝器は、収縮側ストローク速度を負の値として伸長側ストローク速度を正の値とすると、−０．１ｍ／ｓから０．１ｍ／ｓのストローク速度範囲内で頻繁に使用される。
【００５５】
上記したところから理解できるように、緩衝器の伸縮における頻繁使用されるストローク速度は０．１ｍ／ｓの範囲内（伸縮方向で正負の符号を付する場合には−０．１ｍ／ｓ以上０．１ｍ／ｓ以下の範囲内）であって、必要となる発生荷重は、１０００Ｎ以内である。
【００５６】
このことから、具体的には、上記した電磁サスペンション装置の短絡特性Ｔにおける荷重が最大値となる頻繁使用ストローク速度範囲を伸縮のストローク速度が０．１ｍ／ｓ以下の範囲とするようにしてある。
【００５７】
したがって、車両走行中に頻繁に出現するストローク速度範囲内における回生領域Ｋが大きくなるので、回生によって電源Ｅを充電する機会を多くすることができ、モータＭによるエネルギ回生を効率的に行うことができ、省電力化を確実なものにし、さらには、車両における乗り心地を向上することができるのは言うまでも無いが、このように頻繁使用ストローク速度範囲を規格化しておくことによって電磁サスペンション装置の汎用性が向上し、製造コストも低減することができる。
【００５８】
また、このときに、接線Ｓをストローク速度が０．１ｍ／ｓおよび荷重が１０００Ｎであるポイントより上を通過するように設定しておくこととすれば、電磁サスペンション装置が頻繁に使用されるストローク速度範囲内で緩衝器として発生することが必要とされる荷重範囲全体が回生領域Ｋ内でカバーされることになる。
【００５９】
したがって、このように設定される場合には、電磁サスペンション装置が頻繁に使用される場面では、常に回生して電源Ｅを充電するようになり電源Ｅの電力を消費することが無いので、より一層確実に省電力化が図られ、電源Ｅがあがってしまうような事態を防止でき、さらには、電気自動車等の駆動源をモータとするような車両に最適となる。
【００６０】
さて、この電磁サスペンション装置にあっては、省電力化を図ることができるが、ストローク速度が低くても車両の姿勢を制御する程度の荷重を発生させるためには、トルク定数をある程度大きくする必要があるが、トルク定数が大きくなると、モータＭの発電量が大きくなる。したがって、そのままではモータＭの巻線１２に生じる誘導起電力が電源Ｅの電圧を超えるストローク速度が小さくなって、第２および第４象現における制御可能領域Ｗを決する制御可能曲線Ｐは図７に示すがごとくとなり、第２および第４象現において発生可能な荷重が小さくなり、その結果、制御可能な領域が小さくなる。
【００６１】
そこで、本電磁サスペンション装置にあっては、モータＭの巻線１２に生じる誘導起電力が電源Ｅの電圧を超えるストローク速度を高速側にシフトするために、弱め界磁制御を行う。
【００６２】
弱め界磁制御は、モータＭが通常の制御則に則って制御されている状態で誘導起電力が電源Ｅの電圧を超える場合、あるいは、超える恐れがある場合に行われる。
【００６３】
この弱め界磁制御は、具体的には、ｄ相にあえてマイナスの小さな電流を流して、磁束を減じさせるので、発電量も減少せしめられることになる。
【００６４】
すると、この弱め界磁制御によって、図７中の制御可能曲線Ｐは、弱め界磁制御時曲線Ｐ’にシフトして制御可能領域Ｗ（図７中斜線部分）が拡大されることになる。また、図４中の制御可能曲線Ｐは、第１象現および第３象現の回生領域Ｋを区画していることから、弱め界磁制御によって弱め界磁制御時曲線Ｐ’にシフトすることで回生領域Ｋを拡大することができる。
【００６５】
したがって、この電磁サスペンション装置によれば、回生領域Ｋを頻繁に使用されるストローク速度範囲内で拡大するように短絡特性Ｔやトルク定数を設定し、その結果トルク定数が大きくなって誘導起電力が電源Ｅの電圧を上回るストローク速度が低くなるような場合にあっても、第２および第４象現の制御可能領域Ｗの減少を防止することができ、同時に、回生領域Ｋを拡大して消費電力を小さくすることが可能である。
【００６６】
また、この第２および第４象現における制御可能領域Ｗは、そもそも、アクティブ制御領域であるので、この電磁サスペンション装置にあっては、アクティブ制御時に充分な荷重を発生することができないといった事態を招来することが無い。
【００６７】
この弱め界磁制御にあたり、具体的には、電流目標値演算部２６によってｄ相に流すべき電流値が決定されるが、電流目標値演算部２６では、回転角センサ１５から入力される回転角θを微分して得られる回転角速度ωと螺子軸１のピッチと、減速機を介しているのであれば減速比に基づいて得られる電磁サスペンション装置の伸縮ストローク速度が電源Ｅの電圧を超える誘導起電力を発生させる速度Ｚとなる場合、あるいは、該速度Ｚの絶対値より所定速度低い速度に達する場合に、弱め界磁制御が行われる。
【００６８】
そして、速度Ｚを認識した時点で弱め界磁制御を行う場合、基本的には、図８に示すように、電流目標値演算部２６は、ｄ相電流目標値をマイナス電流の所定値に設定して、つづき比例積分制御部２２で、ｄ相電圧指令値およびｑ相電圧指令値を演算し、三相変換演算手段２３が上記ｄ相電圧指令値およびｑ相電圧指令値をＵ，Ｖ，Ｗの各相の電圧指令値に変換しＰＷＭ回路２５に出力することで行われ、これによって、制御可能領域Ｗと回生領域Ｋの拡大が達成される。なお、上記所定値は、モータＭが減磁を生じないような値に設定される。
【００６９】
さらに、速度Ｚを認識した時点で弱め界磁制御を行う場合には、図９に示すように、電流目標値演算部２６に、ストローク速度の絶対値が速度Ｚを超える大きさに比例してｄ相電流目標値をマイナス側に漸減させ、ストローク速度の絶対値が速度Ｚを超えて任意の速度Ｚ’に達するとｄ相電流目標値をマイナス電流の所定値に設定し、その後のストローク速度の絶対値の増加に対しては上記所定値にフィックスするようにさせてもよい。なお、任意の速度Ｚ’は、実験等によって車両に最適となる値とすればよい。
【００７０】
このように弱め界磁の程度をストローク速度に応じて徐々に強めることによって、モータＭの減磁を確実に防止できるとともに、速度Ｚをもってｄ相電流目標値をいきなり所定値とすることに比較すると、速度Ｚの近傍で弱め界磁制御がオンオフされる場合にあっても、ｄ相電流が過度に振動的となってしまい制御が煩雑となることが防止され実用性が向上する。
【００７１】
また、ストローク速度の絶対値が速度Ｚより小さい速度Ｚ”を認識した時点で弱め界磁制御を行う場合、基本的には、図１０に示すように、電流目標値演算部２６に、ストローク速度の絶対値が速度Ｚ”を超える大きさに比例してｄ相電流目標値をマイナス側に漸減させ、ストローク速度の絶対値が速度Ｚ”を超えて速度Ｚに達するとｄ相電流目標値をマイナス電流の所定値に設定し、その後のストローク速度の絶対値の増加に対しては上記所定値にフィックスするようにさせる。
【００７２】
このようにストローク速度の絶対値が誘導起電力が電源Ｅの電圧を超えるような速度Ｚより低い速度Ｚ”から弱め界磁制御を行うことによって、ストローク速度が速度Ｚ近傍で急激に増加した場合でも、先んじて弱め界磁制御が行われて制御可能領域Ｗが各象現で拡大されていることになり、電磁サスペンション装置が発生すべき荷重に対して荷重過不足が生じてしまう事態が防止され、車両における乗り心地を向上することができ、特に、アクティブ制御時に荷重不足となることが無いので車体姿勢制御を確実に行うことができ、速度Ｚ”の近傍で弱め界磁制御がオンオフされる場合にあっても、ｄ相電流が過度に振動的となってしまい制御が煩雑となることが防止され実用性が向上する。
【００７３】
また、ストローク速度の絶対値が速度Ｚより小さい速度Ｚ”を認識した時点で弱め界磁制御を行う場合には、図１１に示すように、電流目標値演算部２６に、ストローク速度の絶対値が速度Ｚ”を超える大きさに比例してｄ相電流目標値をマイナス側に漸減させ、ストローク速度の絶対値が速度Ｚを超えて速度Ｚ３に達するとｄ相電流目標値をマイナス電流の所定値に設定し、その後のストローク速度の絶対値の増加に対しては上記所定値にフィックスするようにさせるようにしてもよい。
【００７４】
したがって、ストローク速度の絶対値が誘導起電力が電源Ｅの電圧を超えるような速度Ｚより低い速度Ｚ”から弱め界磁制御を行うことによって、ストローク速度が速度Ｚ近傍で急激に増加した場合でも、先んじて弱め界磁制御が行われて制御可能領域Ｗが各象現で拡大されていることになり、電磁サスペンション装置が発生すべき荷重に対して荷重過不足が生じてしまう事態が防止され、車両における乗り心地を向上することができ、特に、アクティブ制御時に荷重不足となることが無いので車体姿勢制御を確実に行うことができるのは無論であるが、この場合にも、速度Ｚを超える速度Ｚ３に達するまで弱め界磁の程度を増大させるので、速度Ｚの近傍で弱め界磁制御がオンオフされる場合にあっても、ｄ相電流が過度に振動的となってしまい制御が煩雑となることが防止され実用性が向上する。
【００７５】
なお、図９から図１１に示したところでは、弱め界磁制御にあたり、ｄ相電流を直線的に変化させるようにしているが、これを滑らかに曲線的に変化させるようにしてもよいことは無論である。
【００７６】
また、電磁サスペンション装置を、図１２に示す他の電磁サスペンション装置のように、一方部材である筒３１と、筒３１に対し相対運動を呈する他方部材であるロッド３２と、該相対運動を少なくとも抑制可能なモータＭ２とで構成するようにしてもよい。
【００７７】
詳しくは、筒３１は、車両のバネ上部材およびバネ下部材の一方に連結され、この筒３１内には、車両のバネ上部材およびバネ下部材の他方に連結されるロッド３２が相通される。
【００７８】
また、モータＭ２は、ロッド３２の外周に軸方向にＳ極とＮ極が交互に現われるように装着される駆動用磁石３３と、筒３１内に駆動用磁石３３と対向する巻線３４とを備えて構成され、巻線３４は所定の長さにわたり筒３１の軸方向に添ってＵ，Ｖ，Ｗの各相が交互に並ぶように配置されている。
【００７９】
なお、筒３１に設けられた巻線３４は環状に成型され、少なくとも内周側は、樹脂等によってコーティングされ、この巻線３４の内周と、ロッド３２の外周あるいは駆動用磁石３３と、の間には図示しない環状の軸受が配在され、筒３１に対してロッド３２の軸ぶれが防止されている。
【００８０】
すなわち、この他の電磁サスペンション装置にあっては、筒３１に対しロッド３２が進退して相対運動を呈すると、駆動用磁石３３が巻線３４に対して相対移動する、いわゆるリニアモータ型の構成となっており、この他の電磁サスペンション装置にあっても、上記した一実施の形態における電磁サスペンション装置と同様に、モータＭ２は、モータとしてもジェネレータとしても機能し、モータＭ２の動作はモータＭと同様であり、モータＭ２の短絡特性Ｔは荷重が車両走行中に頻繁に使用されるストローク速度以下でピークを迎えるように設定される、すなわち、短絡特性Ｔにおける荷重は頻繁使用ストローク速度範囲内で最大値を採るように設定されている。
【００８１】
したがって、この他の電磁サスペンション装置にあっても、車両走行中に頻繁に出現するストローク速度範囲内における回生領域Ｋが大きくなるので、回生によって電源Ｅを充電する機会が多くすることができ、モータＭ２によるエネルギ回生を効率的に行うことができ、省電力化を確実なものにすることができる。
【００８２】
また、本電磁サスペンション装置にあっては、効率的な回生を行うために特別な制御の必要が無いので、省電力化制御のために車両の挙動が制御の切り替わるようなことが無くなるとともに車両搭乗者に違和感や不安感を抱かせることが無く、車両における乗り心地を向上することが可能である。
【００８３】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】一実施の形態における電磁サスペンション装置の概念図である。
【図２】モータの制御装置のシステム図である。
【図３】ＰＷＭ回路を示す図である。
【図４】モータを短絡した状態における電磁サスペンション装置のストローク速度と荷重との関係である短絡特性を示す図である。
【図５】軽、小型および普通自動車に適用される緩衝器の伸長側と収縮側の発生荷重の設定頻度状況を示す図である。
【図６】車両走行中の緩衝器の伸縮ストローク速度の頻度を示す図である。
【図７】電磁サスペンション装置の制御可能領域を示す図である。
【図８】弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。
【図９】弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。
【図１０】弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。
【図１１】弱め界磁制御時のストローク速度に対するｄ相電流を示す図である。
【図１２】他の電磁サスペンション装置の概念図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  一方部材たる螺子軸
２  他方部材たるボール螺子ナット
１０  フレーム
１１  ステータコア
１２，３３  巻線
１３  シャフト
１４，３４  駆動用磁石
１５  回転角センサ
２０  制御装置
２１  二相電流演算手段
２２  比例積分制御部
２３  三相変換演算手段
２４  電流検出器
２５  ＰＷＭ回路
２６  電流目標値演算部
２７  リミッタ
３１  一方部材である筒
３２  他方部材であるロッド
４１  スイッチング素子
Ｅ  電源
Ｍ  モータ
Ｒ  ロータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007030663.tif 000013
【図１０】
2007030663.tif 000014
【図１１】
2007030663.tif 000015
【図１２】
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