(57)【要約】【課題】  モータによるエネルギ回生を効率化して電源の充電効率を高めることが可能な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１と、一方部材１に対し相対運動を呈する他方部材２と、該相対運動を少なくとも抑制可能なモータＭとを備えた電磁サスペンション装置において、ストローク速度に対しモータＭの発電による電源Ｅの充電効率が最大となる荷重である最効率充電荷重より出力すべき必要荷重が下回る場合に、必要荷重を発生しつつ必要荷重発生時の充電効率より高効率となるようにｄ相電流を制御して効率充電制御を行う。【選択図】      図９
2007030664.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、ストローク速度に対しモータの発電による電源の充電効率が最大となる荷重である最効率充電荷重より出力すべき必要荷重が下回る場合に、必要荷重を発生しつつ必要荷重発生時の充電効率より高効率となるようにｄ相電流を制御して効率充電制御を行う電磁サスペンション装置。
【請求項２】
充電効率が最大となるようにｄ相電流を制御して効率充電制御を行う請求項１に記載の電磁サスペンション装置。
【請求項３】
ストローク速度に対し最効率充電荷重を発生させるｄｑ相電流合成ベクトルと、必要荷重の発生に必要なｑ相電流と、に基づいてｄ相電流を制御して効率充電制御を行う請求項１または２に記載の電磁サスペンション装置。
【請求項４】
ストローク速度とストローク速度に対し最効率充電荷重を発生させるｄｑ相合成ベクトルに相当する値とのマップと、必要荷重の発生に必要なｑ相電流目標値と、に基づいてｄ相電流目標値が演算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】
ｄ相電流目標値がクランプ値より低くなるとｄ相電流目標値をクランプするリミッタを備えた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】
ストローク速度が所定速度範囲内で効率充電制御を行うことを特徴とする請求項１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】
ｄ相電流目標値はｄｑ相合成ベクトルとｑ相電流目標値とから演算されるｄ相電流基準値に第１ゲインを乗算して演算され、ストローク速度が所定速度範囲以上となるとストローク速度に応じて第１ゲインを０まで漸減させ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】
ストローク速度が所定速度範囲以下となるとストローク速度に応じて第１ゲインを０まで漸減させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項９】
ｄ相電流目標値はｄ相電流基準値に第２ゲインを乗じるか、あるいは、ｄ相電流基準値に第１ゲインおよび第２ゲインを乗じて演算され、ｑ相電流目標値の絶対値が０以上任意値以下となる範囲内において第２ゲインをｑ相電流目標値の絶対値に比例させるようにしたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項１０】
ストローク速度が所定速度範囲以上となると弱め界磁制御をフェードインさせてｄ相電流を制御することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項１１】
ストローク速度が所定速度範囲以上となるとフェードインされる弱め界磁制御に基づいて演算されるｄ相弱め界磁電流基準値とフェードアウトされる効率充電制御に基づいて演算されるｄ相効率充電基準値とを加算してｄ相電流目標値を演算することを特徴とする請求項１０に記載の電磁サスペンション装置。
【請求項１２】
所定速度範囲の上限は、少なくともモータの誘導起電力が電源電圧以上となるストローク速度以下に設定されることを特徴とする請求項６から１１のいずれかに記載の電磁サスペンション装置。
【請求項１３】
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１２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、上述の制御によっては、必ずしもバッテリに充電可能な回生領域内で荷重を発生できるとは限らず、必ずしも省電力につながらない場合がある。
【０００６】
したがって、従来電磁サスペンション装置にあっては、上記省電力化を図っているものの、充電効率の点で不十分であり電源を充分に充電することができない場合がある。
【０００７】
そしてまた、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。
【０００８】
そこで、本発明は、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化して電源の充電効率を高めることが可能な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、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、ストローク速度に対しモータの発電による電源の充電効率が最大となる荷重である最効率充電荷重より出力すべき必要荷重が下回る場合に、必要荷重を発生しつつ必要荷重発生時の充電効率より高効率となるようにｄ相電流を制御して効率充電制御を行うようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電磁サスペンション装置によれば、この効率充電制御によって、車体姿勢制御を行ううえで必要となる荷重を発生させつつ回生電流を大きくすることができるので、モータによるエネルギ回生を効率化して電源の充電効率を高めることが可能となる。
【００１１】
そして、電源を効率的に充電するのに、車体姿勢制御に必要な荷重になんら影響を与えることがないので、車両における乗り心地を犠牲にすることがなく、車体姿勢についての制御が切換ることがないので車両の搭乗者に制御切り替わり時にあるような振動等を感知させるなどして違和感や不安感を抱かせることがない。
【００１２】
また、この電磁サスペンション装置にあっては、効率的な電源の充電が可能となるから、確実に省電力を達成することができ、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に最適となり、特に、上記電源が車両のバッテリとされる場合には、電源Ｅの電圧が低下してしまうと、ハイブリッド車等のモータを駆動源とする車両では、走行性に影響を与えることになるが、この電磁サスペンション装置によれば、効率的に電源を充電することができることから、そのような車両の走行性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、電磁サスペンション装置における制御部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、回生領域を示す図である。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、最も効率的に電源を充電することが可能なストローク荷重−荷重特性を示す図である。図８は、任意のストローク速度における回生電流と荷重との関係を示す図である。図９は、効率充電制御を行う領域をストローク速度と荷重との関係で示した図である。図１０は、効率充電制御を行う領域をストローク速度とｑ相電流との関係で示した図である。図１１は、ストローク速度と回生電流を最大値にするｄ相電流およびｑ相電流の合成ベクトルとの関係を示す図である。図１２は、第１ゲインとストローク速度との関係を示す図である。図１３は、第２ゲインとｑ相電流目標値との関係を示す図である。図１４は、この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１５は、他の電磁サスペンション装置の概念図である。
【００１４】
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、モータＭに接続される制御部２０とを備えて構成されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、制御部２０に接続され、このモータＭは、制御部２０によって駆動制御される。
【００２６】
この制御部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、リミッタ２８とを備えて構成されている。
【００２７】
そして、この制御部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。
【００２８】
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相の電流目標値を上記比例積分制御部２２に出力するものであるが、車体姿勢を所定の制御則に則り電磁サスペンション装置に発生させる荷重を制御するため、および、後述するモータＭのエネルギ回生によって後述の電源Ｅを効率的に充電する効率充電制御、弱め界磁制御のため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、ストローク速度等は、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。
【００２９】
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。
【００３０】
そして、具体的にたとえば、車体姿勢制御の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相の電流目標値と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。
【００３１】
なお、この電流値目標演算部２６は、基本的に、ｄ相の電流目標値については、後述する効率充電制御および弱め界磁制御を適用している状態では、上記車体姿勢制御の制御則のみならず上記効率充電制御および弱め界磁制御に基づいて演算し、また、効率充電制御および弱め界磁制御を適用していない状態で車体姿勢制御のみを行っている場合には、ｄ相電流は、モータＭの発生するトルクに寄与しないので、電磁サスペンション装置が発生する荷重はｑ相電流に依存することからｄ相電流目標値を０として出力するようになっている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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】
2007030664.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。
【００３６】
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】
2007030664.tif 000004
また、このモータ制御部は、電圧指令リミッタ２７を備えており、この電圧指令リミッタ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。
【００３７】
そして、上記制御部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部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。
【００３８】
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車体姿勢制御を行うための処理手順と後述する効率充電制御および弱め界磁制御を行うための処理手順は、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。
【００３９】
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、モータＭ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によって決することができる。
【００４０】
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】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
そして、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
ここで、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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における荷重がピーク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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
このように構成された電磁サスペンション装置にあっては、その回生領域Ｋ中であって最も効率的に電源Ｅを充電することが可能なストローク荷重−荷重特性は、図７に示すように、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の傾きの２分の１の傾きを持ち原点を通る直線Ａとなる。
【００５９】
ここで、図８に示すように、任意のストローク速度で発生される荷重に対して生じる回生電流は、回生領域Ｋ内で発生可能な荷重の最大値の２分の１の荷重にて最大値となることから、任意のストローク速度に対して回生領域Ｋ内で発生可能な荷重の最大値の２分の１の荷重が電磁サスペンション装置によって発生されるときに回生効率が最大となり、電源Ｅの充電を最も効率的に行うことができるのである。なお、この任意のストローク速度とそのストローク速度に対して回生効率が最大を実現する荷重とで決まる点の軌跡が上記直線Ａとなることは、図８から容易に理解できる。
【００６０】
したがって、モータＭの発電による電源Ｅの充電効率が最大となる荷重である最高率充電荷重は、上記したように、任意のストローク速度に対して上記直線Ａ上となる荷重となる。
【００６１】
そこで、この電磁サスペンション装置では、ストローク速度に対して、図９中、第１象現および第３象現における回生領域Ｋの上記直線Ａよりストローク速度軸側の領域Ｙ（図９中斜線部分）内で荷重を発生する場合、すなわち、任意のストローク速度に対して電磁サスペンション装置が出力すべき必要荷重が最効率充電荷重を下回る場合には、回生電流を最大値に近づけ効率的に電源Ｅを充電可能なようにモータＭに流れる電流を制御して効率充電制御を行うようにしている。
【００６２】
そして、この効率充電制御にあっては、上述したように、モータＭをｄｑ相電流によって制御する場合、モータＭのトルクに寄与する磁界を発生するのはｑ相のみであり、電磁サスペンション装置が発生する荷重は、ｑ相電流の大きさによって決まり、ｄ相電流はトルクに寄与しないことから、領域Ｙ内で、或るストローク速度に対して或る荷重を発生する場合、ｑ相電流で該荷重を発生させる一方、ｑ相電流のみでは回生電流の最大値に不足する時にはｄ相にあえてトルクに寄与しない電流を流してやることで回生電流を最大値に近づけるようにする。ここで、ｄ相に流す電流を制御して回生電流を最大値とすると、電源Ｅを最も効率的に充電することができる。すると、上記効率充電制御によって、電磁サスペンション装置は、領域Ｙ内の任意の荷重を発生しつつ、電源Ｅを最も効率的に充電することが可能となる。
【００６３】
なお、上記回生領域Ｋ内であって領域Ｙ以外の範囲では、任意のストローク速度に対して発生される荷重が上記直線Ａ上の任意ストローク速度に対する荷重を超え、ｄ相の電流を制御しても回生電流は上記最大値になることがない。
【００６４】
実際には、電流目標値演算部２６において、車体姿勢制御の制御則に従ってｑ相電流目標値を演算するとともに、ストローク速度と該ｑ相電流目標値に基づいてｄ相に供給すべきｄ相電流基準値を演算し、このｄ相電流基準値に第１ゲインｋ１および第２ゲインｋ２を乗算してｄ相効率充電基準値を演算して、このｄ相効率充電基準値に後述する弱め界磁制御に基づいて演算されるｄ相弱め界磁基準値を加算してｄ相電流目標値を演算し、これらｑ相およびｄ相の各電流目標値を出力する。なお、弱め界磁制御が行われるまでは、ｄ相弱め界磁基準値の値は０であり、効率充電制御のみが行われる状態では、ｄ相効率充電基準値がｄ相電流目標値となる。
【００６５】
以下、上記した電流目標値演算部２６による効率充電制御時のｄ相電流目標値の演算について詳細に説明すると、まず、電流目標値演算部２６は、車体姿勢制御の制御則に従って演算したｑ相電流目標値とストローク速度とから、電磁サスペンション装置が発生しようとしている荷重が、上記した領域Ｙ内に入っているか判断する。実際には、ｑ相電流によって荷重が決まってくるので、図１０に示すように、上記領域Ｙを仕切る直線Ａをストローク速度とｑ相電流との関係に置き換えて、領域Ｙを領域Ｙ’に変換しておくことで、演算されたｑ相電流目標値とストローク速度とから上記判断を行うようにしておくとよい。
【００６６】
なお、荷重が領域Ｙ内にあるか否かの判断を行う際には、上記ｑ相電流とストローク速度との関係となるマップを記憶装置に格納しておき、電流目標値演算部２６に該マップを参照させてマップ演算によって該判断を行わせるようにしておくとよい。
【００６７】
そして、上記ストローク速度に対して発生させる荷重が、領域Ｙ内となる場合には、電流目標値演算部２６は、ｄ相電流基準値を演算する。具体的には、あらかじめ回生電流を最大値にするｑ相電流とｄ相電流の合成ベクトルをｉｄｑとし、ｄ相電流基準値をｉｄｋとすると、ｄ相電流基準値ｉｄｋ＝（ｉｄｑ２−ｉｑ*２）１／２で計算される。
【００６８】
ここで、二相電流ｉｄ，ｉｑをモータＭの実際の巻線１２の三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗとの関係は式（３）の関係であらわすことができる。
【数３】
2007030664.tif 000005
上記式（３）の関係から電気角θを０から２πまで変化させると、二相電流ｉｄ，ｉｑの極大値は、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの（３／２）１／２となることが分かる。
【００６９】
そして、これらの関係をｄ相電流およびｑ相電流の合成ベクトルで評価すると、この合成ベクトルｉｄｑの大きさは三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのベクトルのうち任意の一つのベクトルの大きさに（３／２）１／２を乗算したものと等しくなる。
【００７０】
したがって、上記した合成ベクトルｉｄｑと三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのベクトルとの関係から、電磁サスペンション装置が任意のストローク速度に対し回生電流が最大値を採る荷重を発生したとき、すなわち、ストローク速度−荷重特性が直線Ａとなる状態としたときにおける三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの電流実効値を得ておくことで、図１１に示すように、ストローク速度と回生電流を最大値にする上記合成ベクトルｉｄｑとの関係をあらかじめ得ることができる。
【００７１】
そして、ｄ相電流は、上記したように発生荷重に影響を与えないことから、まず、ストローク速度に対し発生すべき荷重からｑ相電流目標値ｉｑ*を演算しておけば、図１１に示すように、上記回生電流を最大値とする合成ベクトルｉｄｑとｑ相電流目標値ｉｑ*から上記したようにｄ相電流基準値ｉｄｋを演算することができるのである。
【００７２】
すなわち、上記合成ベクトルｉｄｑに基づいてｄ相電流基準値ｉｄｋを演算するようにしているので、都度、回生電流が最大値となるように複雑な演算を行う必要がなくなるのである。
【００７３】
つづいて、電流目標値演算部２６は、上記のようにして演算されたｄ相電流基準値ｉｄｋに、第１ゲインｋ１と、第２ゲインｋ２とを乗算してｄ層電流目標値ｉｄ*を演算する。
【００７４】
上記した第１ゲインｋ１は、図１２に示すように、ストローク速度が所定速度範囲内にあるときは、その値が１であって、ストローク速度が所定速度範囲以上となるとストローク速度に応じて０まで漸減し、ストローク速度が所定速度範囲以下となるとストローク速度に応じて０まで漸減するように設定されている。すなわち、第１ゲインｋ１は、ストローク速度に対して効率充電制御が行われる範囲を律していることになる。
【００７５】
この所定速度範囲は、任意に設定されるが、基本的には、図９における第１象限および第３象限で効率充電制御を行うために２つ設定される。
【００７６】
また、所定速度範囲は、ストローク速度が０の範囲を含まず、かつ、第１ゲインｋ１が原点付近では必ず０の値を持つことができるように第１象限における所定速度範囲下限と第３象限における所定速度範囲の上限は、第１ゲインｋ１が１から０に漸減することが可能なように、原点からある程度距離を持たせるようにしてある。これは、領域Ｙは原点から第１および第３象限に広がりをもつので、電磁サスペンション装置がストローク速度０近傍で伸縮すると、ｄ相電流が振動的となって制御が煩雑となってしまうので、実用的でなくなるので、このような制御が行われることを防止するようにしている。上記したところから理解できるように、第１ゲインｋ１は、伸縮時のストローク速度が増加して第１象限における所定速度範囲下限あるいは第３象限における所定速度範囲の上限を超えて所定速度範囲内となるときには、効率充電制御をフェードインさせ、他方、伸縮時のストローク速度が減少して第１象限における所定速度範囲下限あるいは第３象限における所定速度範囲の上限以下となって所定速度範囲を逸脱するようになるときには、効率充電制御をフェードアウトさせる機能を発揮する。
【００７７】
また、第１象限における所定速度範囲の上限と第３象限における所定速度範囲の下限は、後述する弱め界磁制御が開始されるストローク速度とされており、この第１ゲインｋ１は、伸縮時のストローク速度が増加して、第１象限における所定速度範囲の上限および第３象限における所定速度範囲の下限以上になると、効率充電制御をフェードアウトさせ、反対に伸縮時のストローク速度が減少して、第１象限における所定速度範囲の上限と第３象限における所定速度範囲の下限を超えて所定速度範囲内となると効率充電制御をフェードインさせる機能をも発揮する。
【００７８】
転じて、第２ゲインｋ２について説明すると、第２ゲインｋ２は、ｑ相電流目標値ｉｑ*に依存して変化する。具体的には、図１３に示すように、第２ゲインｋ２は、ｑ相電流目標値の絶対値が０以上任意値以下となる範囲内においてｑ相電流目標値の絶対値に比例して変化し、上記任意値以上となる範囲では１となるように設定されている。
【００７９】
ここで、ｑ相電流目標値は、電磁サスペンション装置が発生する荷重を決定する値であることから、図１０中、第１および第４象限でｑ相電流目標値が電磁サスペンション装置の収縮を助長する方向から抑制する方向へ荷重を発生させるように時間的に変化するときには、ｑ相電流目標値は、マイナスからプラスに転じるように変化するが、このとき、ｑ相電流目標値はストローク速度軸近傍のプラスの値をとるときには、小さい値となり、この状態で回生電流を最大値とするとｄ相に流すべき電流が大きくなる。
【００８０】
このように、ストローク速度が０近傍で電磁サスペンション装置が伸縮を繰り返すと、ｑ相電流目標値も図１０中ストローク速度軸近傍で振動を繰り返し、結果、ｄ相電流基準値も最大値と０の間で振動することになって制御が煩雑となってしまい実用的でなくなるので、このような制御が行われることを防止するようにしている。
【００８１】
他方、ｑ相電流目標値が減少して図１０中領域Ｙ’内に進入するような場合には、ｑ相電流のみで回生電流を最大値とするラインを通過して領域Ｙ’内に進入することになり、このような場合、ｄ相電流基準値の絶対値は、ｑ相電流目標値の減少によって徐々に大きくなることから、第２ゲインｋ２は、ｑ相電流目標値が任意値以上では特に変化させる必要はない。
【００８２】
以上のように、この効率充電制御時には、ｄ相効率充電基準値をｄ相電流目標値としてｄ相に流れる電流を制御してやることによって、電磁サスペンション装置に車体姿勢制御を行ううえで必要となる荷重を発生させつつ回生電流を大きくすることができるので、モータＭによるエネルギ回生を効率化して電源Ｅの充電効率を高めることが可能となる。
【００８３】
そして、電源Ｅを効率的に充電するのに、車体姿勢制御に必要な荷重になんら影響を与えることがないので、車両における乗り心地を犠牲にすることがなく、車体姿勢についての制御が切換ることがないので車両の搭乗者に制御切り替わり時にあるような振動等を感知させるなどして違和感や不安感を抱かせることがない。
【００８４】
また、この電磁サスペンション装置にあっては、効率的な電源Ｅの充電が可能となるから、確実に省電力を達成することができ、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に最適となり、特に、上記電源Ｅが車両のバッテリとされる場合には、電源Ｅの電圧が低下してしまうと、ハイブリッド車等のモータを駆動源とする車両では、走行性に影響を与えることになるが、この電磁サスペンション装置によれば、効率的に電源Ｅを充電することができることから、そのような車両の走行性を向上することができる。
【００８５】
さらに、上記した実施の形態のように、効率充電制御時に回生電流を最大値とするようにｄ相電流を制御すると、充電効率が最大となるので、上記した作用効果が高くなる。
【００８６】
なお、ｄ相効率充電基準値の算出にあたり、ｄ相電流基準値に第１および第２ゲインｋ１，ｋ２を乗算しているが、第１ゲインｋ１のみ、あるいは、第２ゲインｋ２のみをｄ相電流基準値に乗算し、または、いずれのゲインｋ１，ｋ２を乗算しないとしても、効率的に電源Ｅを充電することが可能であるので、本発明の効果を失うことはない。
【００８７】
また、接線Ｓの傾きを大きくしておくと、上記した頻繁に使用されるストローク速度において電源Ｅの充電が可能となる利点が得られ、さらには、領域Ｙも面積も大きくなるので、その傾きは本実施の形態のごとくに設定されることが望ましいが、必ずしもそのように設定せずとも、本発明では領域Ｙ内では電源Ｅを効率的に充電することが可能である。
【００８８】
さて、この電磁サスペンション装置にあっては、上記したように効率充電制御を行うことによって電源Ｅの効率的な充電を行えるが、回生領域Ｋを拡大し、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、トルク定数を大きくすると発電量が大きくなる。
【００８９】
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１４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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
すると、この弱め界磁制御によって、図１４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が拡大されることになる。また、制御可能曲線Ｐは、図４に示すように、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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、上記回転角センサ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の絶対値より低い速度Ｚ’に達する場合に、弱め界磁制御が行われる。
【００９７】
上記速度Ｚ，Ｚ’は、具体的には、上記効率充電制御における第１ゲインｋ１の変化が始まる所定速度範囲の絶対値の上限値とされており、具体的には、上記第１象限における所定速度範囲の上限および第３象限における所定速度範囲の下限の値とされている。なお、第１象限における所定速度範囲の上限と第３象限における所定速度範囲の下限の値がそれぞれ異なる場合には、上記速度Ｚ，Ｚ’は、第１および第３象限で異なる値に設定されるようにしてもよい。
【００９８】
そして、弱め界磁制御を行う場合、具体的には、電流目標値演算部２６は、上記効率充電制御に基づくｄ相効率充電基準値のほかに、ｄ相弱め界磁基準値を演算し、これらｄ相効率充電基準値とｄ相弱め界磁基準値とを加算してｄ相電流目標値を演算する。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。
【００９９】
さらに、速度Ｚ，Ｚ’を認識した時点で弱め界磁制御を行う場合には、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，Ｚ’を超える大きさに比例してｄ相弱め界磁基準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，Ｚ’を超えて任意の速度に達するとｄ相弱め界磁基準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する。なお、上記任意の速度は、実験等によって車両に最適となる値とすればよく、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。
【０１００】
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、速度Ｚをもってｄ相弱め界磁基準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。
【０１０１】
ここで、速度Ｚ，Ｚ’は、上記のごとく、効率充電制御が行われる範囲を決する所定速度範囲の絶対値の上限に設定されているので、上記所定速度範囲の絶対値の上限を境として効率回生制御をフェードアウトさせつつ弱め界磁制御をフェードインあるいは弱め界磁制御をフェードアウトさせつつ効率充電制御をフェードインさせるようにすることができる。なお、効率充電制御を行った状態での上記d相効率充電基準値は、第１象限と第３象限のそれぞれで弱め界磁制御時におけるd相弱め界磁基準値と同じ符号となる。また、第１象限と第３象限におけるq相電流は逆向きとなるので、それに応じて、上記d相効率充電基準値とd相弱め界磁基準値の符号は、第１象限と第３象限とでは逆符号となる。
【０１０２】
ところで、上記したように、ｄ相電流目標値は、ｄ相効率充電基準値とｄ相弱め界磁基準値とを合算した値となるが、この値が大きすぎるとモータＭが減磁してしまう恐れがある。そこで、この実施の形態においては、ｄ相電流目標値をクランプ値にクランプするリミッタ２８を設けてある。このクランプ値は、モータＭの減磁耐力によって決定される値であり、このリミッタ２８によって、上記効率充電制御時および弱め界磁制御時の一方あるいは両方の制御が混在する状態におけるモータＭの減磁が確実に防止される。
【０１０３】
そして、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を認識した時点から弱め界磁制御を行う場合には、制御可能領域Ｗと回生領域Ｋを拡大することができる。したがって、トルク定数を大きくしてストローク速度が低い場合の回生領域Ｋ、領域Ｙを大きくして充電効率を高めつつ、制御可能領域Ｗの確保が可能であるから、電磁サスペンション装置の電源充電効率と車両における乗り心地との高次元の両立が可能となる。
【０１０４】
また、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’を認識した時点から弱め界磁制御を行う場合には、上記速度Ｚからの弱め界磁制御の作用効果に加えて、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。
【０１０５】
なお、効率充電制御および弱め界磁制御にあっては、ｄ相効率充電基準値およびｄ相弱め界磁基準値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。また、上記した利点のために、ｄ相弱め界磁制御においてｄ相弱め界磁基準値を上記のごとく変化させるようにしているが、弱め界磁制御が必要となった時点でｄ相電流目標値を所定値にフィックスようにしても制御可能領域Ｗと回生領域Ｋの拡大が可能する効果は失われない。
【０１０６】
また、電磁サスペンション装置を、図１５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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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と同様である。
【０１１１】
したがって、この他の電磁サスペンション装置においても、上記した効率充電制御および弱め界磁制御が可能であり、そうすることで、上記一実施の形態における電磁サスペンション装置と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１２】
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】
【０１１３】
【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】電磁サスペンション装置における制御部のシステム図である。
【図３】ＰＷＭ回路を示す図である。
【図４】回生領域を示す図である。
【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】最も効率的に電源を充電することが可能なストローク荷重−荷重特性を示す図である。
【図８】任意のストローク速度における回生電流と荷重との関係を示す図である。
【図９】効率充電制御を行う領域をストローク速度と荷重との関係で示した図である。
【図１０】効率充電制御を行う領域をストローク速度とｑ相電流との関係で示した図である。
【図１１】ストローク速度と回生電流を最大値にするｄ相電流およびｑ相電流の合成ベクトルとの関係を示す図である。
【図１２】第１ゲインとストローク速度との関係を示す図である。
【図１３】第２ゲインとｑ相電流目標値との関係を示す図である。
【図１４】この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１５】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】
【０１１４】
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  制御部
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  電圧指令リミッタ
２８  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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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