(57)【要約】【課題】電源を効率的に充電することができ、ストローク速度が中高速領域でも充分な荷重を発生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１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、モータＭの巻線１２に接続された可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３を備え、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を調整して、モータＭを短絡した状態におけるストローク速度と荷重との関係である短絡特性Ｔを制御することを特徴とする。【選択図】図２
2007290669.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、モータの巻線に接続された可変抵抗を備え、可変抵抗の抵抗値を調整してモータを短絡した状態におけるストローク速度と荷重との関係である短絡特性を制御することを特徴とする電磁サスペンション装置。
【請求項２】
可変抵抗は、モータの各巻線とモータ駆動回路との間に介装されることを特徴とする請求項１に記載の電磁サスペンション装置。
【請求項３】
可変抵抗は、車両走行中に車両の空冷可能な個所に設置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】
ストローク速度に基づいて可変抵抗の抵抗値を調整す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】
ストローク速度の上昇に対して可変抵抗の抵抗値を増大させ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】
ストローク速度に対してモータの電源を充電可能な回生領域内で荷重を発生させるように可変抵抗の抵抗値を調整する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】
モータの誘導起電力が所定電圧となると可変抵抗の抵抗値を増大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】
所定電圧がモータに電力を供給する電源の電圧であ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】
ストローク速度に対してモータの発電による回生電流を最大とするように可変抵抗の抵抗値を調整する請求項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】
モータの発電によって電源を充電することが可能な回生領域内に、ストローク速度０．１ｍ／ｓで発生荷重が１０００Ｎとなるポイントが含まれるように可変抵抗の抵抗値を調節可能とされた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】
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１０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、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にあっては、たとえば、ボール螺子ナットとボール螺子ナットに螺合する螺子軸と、螺子軸に連結されるモータとを備え、緩衝器が伸縮する際のボール螺子ナットと螺子軸との直線運動を螺子軸の回転運動に変換し、この螺子軸の回転運動がモータのロータに伝達できるように構成され、モータのトルクをモータ駆動回路で制御して上記螺子軸とボール螺子ナットの軸方向の相対運動を抑制する荷重（制御力）を発生可能なようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、モータのトルクを制御するモータ駆動回路としては、たとえば、図１１に示すように、三相ブラシレスモータとして構成されるモータの出力トルク制御を可能とするためスイッチング素子７１，７２、スイッチング素子７３，７４、およびスイッチング素子７５，７６を各々直列に接続したアーム８１，８２，８３を複数電源に接続して構成された回路が知られ、このスイッチング素子７１，７２，７３，７４，７５，７６を開閉制御してモータのトルクを制御し、電磁サスペンション装置が発生する荷重を制御している（特許文献２、３参照）。
【０００４】
さらに、自動車の左右輪のそれぞれに介装されたリニアモータ型の電磁サスペンション装置におけるモータ同士を接続する駆動回路の提案もあり、この提案のモータ駆動回路にあっては、車体のローリングや上下振動等の振動モードに応じてモータ同士の接続状況を切換えるとともに可変抵抗の抵抗値を変化させて各モータに流れる電流を制御するものである（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０４０２５号公報（発明の詳細な説明欄，図４および図１７）
【特許文献２】特開２００１−２０４１９４号公報（発明の詳細な説明欄，図１）
【特許文献３】特開２００３−３２４９８６号公報（発明の詳細な説明欄，図１）
【特許文献４】特開２００１−３１０７３６号公報（段落番号００１２から００３７まで，図１および図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そして、上記したような電磁サスペンション装置にあっては、車両に搭載されるため、できる限り消費電力を小さくしたい要望があり、またその一方で、ストローク速度が低速である領域においても充分に荷重を発生可能としたい要望がある。
【０００６】
上記省電力化と荷重の発生との両立を果たすためには、できるだけモータの巻線とモータ駆動回路の抵抗を小さくしておくことが必要である。ここで、図１２に示すように、モータの発電によって電源を充電可能な回生領域（図１２中斜線部分）は、原点からモータの各相の巻線を短絡した状態での電磁サスペンション装置におけるストローク速度と荷重との関係である短絡特性に接するように引いた接線の傾きで仕切られ、上記抵抗が小さければ小さいほど上記接線の傾きが大きくなり、上記回生領域が大きくなる。そして、この回生領域内でストローク速度に対して荷重を発生させれば、電磁サスペンション装置は電力を消費しないのである。
【０００７】
なお、モータのロータの回転速度は、螺子軸とボール螺子ナットの相対速度、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、上記した短絡特性は、モータ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。
【０００８】
上述したように、この電磁サスペンション装置にあっては、抵抗を小さくしておけば、回生領域が拡大されるので、それだけストローク速度が低速であっても回生領域内で必要な荷重を発生できる機会が増加することになり、これによって上記省電力化と荷重発生の両立が図られることになる。
【０００９】
上記した利点から、モータの巻線と駆動回路の抵抗を小さくしておく方が良いのであるが、上記した短絡特性は、図１２に示したごとく、電磁サスペンション装置のストローク速度が速くなると、荷重は、或るストローク速度で一端ピークを迎えるが、その後のストローク速度の増加に対しては荷重が漸減する特徴を有しており、また、抵抗を小さくする場合、上記短絡特性はストローク速度軸に沿って原点に向けて圧縮される性質を有している。
【００１０】
そして、この電磁サスペンション装置では、ストローク速度が増加しつづけるとやがては、制御不能範囲（図１２中縦線部分）が大きくなり、徐々に荷重の発生範囲が狭まって、短絡特性に即した荷重しか発生できなくなってしまう。
【００１１】
したがって、上記のごとく抵抗を小さく設定するとストローク速度が低速である領域では省電力化と荷重発生の両立が可能であるメリットがある反面、ストローク速度が中高速となると大荷重の発生が困難となり、ストローク速度が中高速領域において充分な荷重を発生できない場合があることになる。
【００１２】
また、特許文献４の電磁サスペンション装置にあっては、左右輪のそれぞれのモータに生じる誘導起電力によって減衰力を発揮するものであるので、電源が要らないので経済的ではあるが、電源を充電することができず、また、ストローク速度が中高速領域にあって高い減衰力を発揮しなくてはならない状況にあっても、振動モードによっては充分な減衰力を発揮することができない場合がある。
【００１３】
そこで、本発明は、上記した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、電源を効率的に充電することができ、ストローク速度が中高速領域でも充分な荷重を発生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】
【００１４】
上記した目的を達成するため、本発明は、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、モータの巻線に接続された可変抵抗を備え、可変抵抗の抵抗値を調整してモータを短絡した状態におけるストローク速度と荷重との関係である短絡特性を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電磁サスペンション装置によれば、可変抵抗の抵抗値を調節するので、回生領域内で荷重を発生させることができ、これにより、電源の充電と必要荷重の発生とを両立させることが可能である。
【００１６】
また、ストローク速度が中高速領域となる場合には、可変抵抗の抵抗値を調節することによって、制御可能領域の拡大が可能となると同時に、ストローク速度が増加して、短絡特性に即した荷重した発生できない状態となっても、大きな荷重を発生させることが可能となる。
【００１７】
すなわち、この電磁サスペンション装置によれば、電源を効率的に充電することができ、ストローク速度が中高速領域でも充分な荷重を発生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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を概念的に示した図である。図２は、モータ駆動回路の回路図である。図３は、回生領域を示す図である。図４は、可変抵抗の抵抗値の変化と短絡特性の変化との関係を示した図である。図５は、緩衝器が車両走行中に発生する伸長側と収縮側の各荷重の頻度を示す図である。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、短絡特性の変化を示す図である。図８は、電源を最も効率よく充電すること可能なストローク速度と荷重との関係を示す図である。図９は、任意のストローク速度における荷重と回生電流との関係を示す図である。図１０は、他の電磁サスペンション装置の概念図である。
【００１９】
一実施の形態における電磁サスペンション装置は、図１および図２に示すように、基本的には、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の巻線１２に接続された可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３とを備えて構成されている。そして、具体的には可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３は、モータＭの各巻線１２とモータ駆動回路Ｃとの間にそれぞれ介装され、この電磁サスペンション装置は、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を調整することでモータＭを短絡した状態におけるストローク速度と荷重との関係である短絡特性Ｔを制御するようにしている。
【００２０】
以下、詳細に説明すると、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
なお、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線は、その一端でＹ字型に結線されているが、Δ結線とされてもよい。
【００２６】
そして、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。
【００２７】
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。
【００２８】
さらに、モータＭのＵ，Ｖ，Ｗ相の各巻線１２に流れる電流を検出する図示しない電流センサが別途設けられており、上記回転角センサと電流センサとが出力する信号は、制御装置２０に入力される。
【００２９】
そして、上記モータＭの各巻線１２に流れる電流を制御するために、具体的には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各巻線１２は、図２に示したモータ駆動回路Ｃに接続されている。
【００３０】
上記モータＭを駆動するモータ駆動回路Ｃは、図２に示すように、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を直列に接続したアームＡ１と、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ５を直列に接続したアームＡ２と、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ６を直列に接続したアームＡ３とで構成され、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３を並列に接続してあり、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ３，Ｓ６間がモータＭに接続される出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とされている。
【００３１】
また、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３の図２中上方側の接続点は、車両のバッテリ等の電源Ｅに接続され、図２中下方側の接続点は接地されている。
【００３２】
また、上記アームＡ１は、２つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を直列に接続されて構成され、このアームＡ１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４間には、出力端子Ｐ１が設けられ、この出力端子Ｐ１は、モータＭの巻線１２のＵ相に接続される。
【００３３】
他のアームＡ２，Ａ３もアームＡ１と同様の構成であって、それぞれの出力端子Ｐ２，Ｐ３は、モータＭの巻線１２のＶ相、Ｗ相に接続されている。
【００３４】
そして、上記出力端子Ｐ１とＵ相の巻線１２との間には可変抵抗ｒ１が介装され、また、出力端子Ｐ２とＶ相の巻線１２との間には可変抵抗ｒ２が、出力端子Ｐ３とＷ相の巻線１２との間には可変抵抗ｒ３がそれぞれ介装されている。
【００３５】
この可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３は、具体的には、ボリューム型等を使用すればよく、この可変抵抗ｒ１、ｒ２，ｒ３の抵抗値を調整するには、たとえば、モータ等の駆動源を使用すればよい。そして、この可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値の調整は、上記した制御装置２０によって駆動源を作動させて行うようにしておけばよい。
【００３６】
また、この場合、モータＭが三相ブラシレスモータとして構成されているため、上記可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３を３つ設けているが、巻線１２の相数が異なる場合、可変抵抗を該相数に対応する数だけ設ければよい。
【００３７】
さらに、上記した可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３は、車両に搭載されることになるが、車両走行中に風当たりが良い個所、すなわち、空冷することが可能な個所に設けられる。具体的には、シールされた上でフロントグリル内等に設けられる。
【００３８】
戻って、このモータ駆動回路Ｃについて説明すると、たとえば、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ５をオンすると、モータＭの巻線のうちＵ相とＶ相に電流を流すことができ、同様にして適宜いずれか１つのアームＡ１，Ａ２，Ａ３のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と他の２つのアームＡ１，Ａ２，Ａ３のうち１つのスイッチング素子Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をオンすれば、モータＭの巻線に通電することができ、具体的には、上記制御装置２０によってモータＭのＵＶＷ相の各巻線１２で回転磁界が形成されるように開閉制御される。
【００３９】
このように、電源Ｅから巻線１２への通電は、必ず上記可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３を介して行われることになるので、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値の調整によって電流がループする各巻線１２およびモータ駆動回路Ｃの抵抗値を調整することが可能である。また、上記したように、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３は、車両の空冷可能な個所に搭載されるので、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３で電力消費することによる温度上昇が抑制され、該可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の温度上昇による性能劣化が防止され、これによって安定的に各巻線１２に流れる電流を制御することが可能となっている。
【００４０】
なお、スイッチング素子Ｓ１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）とされており、このＭＯＳＦＥＴはソース電極とドレイン電極とを接続する寄生ダイオードＫ１を内蔵している。
【００４１】
他のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６についても、スイッチング素子Ｓ１と同様の構成であり、それぞれＭＯＳＦＥＴとされ、寄生ダイオードＫ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６を内蔵している。
【００４２】
これら、寄生ダイオードＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６は、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６のオフ動作時にモータＭの巻線に生じるサージ等を吸収するフライホイルダイオードとして機能して、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を保護することができる。なお、スイッチング素子としては上記ＭＯＳＦＥＴ以外のものを使用するとしてもよい。
【００４３】
そして、これらスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６は、それぞれ、上述した回転角センサ１５で検出するロータの回転角および各巻線に流れる電流に基づいて上記制御装置２０の通電位相切換制御によりゲート電極に電圧が印加され開閉制御されることによりモータＭは駆動され、さらに、ＰＷＭ制御によりモータＭの出力トルクおよびロータ回転速度が制御される。
【００４４】
なお、ＰＷＭ制御以外にも、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の連続変調方式やＰＮＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｎｕｍｂｅｒ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路等の不連続変調方式を採用した制御を行ってもよい。
【００４５】
そして、このモータ駆動回路ＣにあってはＰＷＭ制御中、各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６は、それぞれ制御装置２０の制御により所定のデューティ比を実現する所定のパルス幅期間にオンされ、他の期間にはオフされる制御が行われ、これにより、モータＭの発生トルクが制御されるようになっている。
【００４６】
したがって、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にモータ駆動回路Ｃを介して電気エネルギを与えて駆動する場合には、モータＭの発生トルクで螺子軸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こと、すなわちアクチュエータとしての機能を発揮できる。
【００４７】
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Ｅからの電力によって巻線１２に電流が流れることで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。
【００４８】
さらに、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。
【００４９】
なお、上記制御装置２０は、ハードウェアとして図示はしないが、具体的にはたとえば、電流センサ、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）と、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインとを備えて構成され、車体姿勢制御のための所定の制御則に基づいて電磁サスペンション装置に発生させるべき荷重を演算するとともに、モータ駆動回路Ｃの各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６にＰＷＭパルス信号としての制御信号を与え、さらには、上記した可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の駆動源に制御信号を与えて、電磁サスペンション装置に上記演算された荷重を発生させることができるようになっている。
【００５０】
そして、モータ駆動回路Ｃの各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を開閉制御してモータＭをＰＷＭ駆動するための制御処理手順および可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値の調整に関する処理手順は、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。
【００５１】
この制御装置２０にあっては、三相二相変換処理を行い、車体姿勢制御における制御則に則ってｄ相およびｑ相の各電流目標値を演算し、この各電流目標値をトルク指令として電流ループ処理を行ってモータＭを比例積分制御するようになっている。なお、比例積分制御のみならず比例積分微分制御を行うようにしてもよい。
【００５２】
また、このハードウェアとして制御装置２０は、車両に搭載されるＥＣＵに統合されてもよい。
【００５３】
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、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３に示すように、短絡特性Ｔによって決することができる。
【００５４】
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。
【００５５】
図３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。
【００５６】
したがって、図３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。
【００５７】
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３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のトルク定数によっても決まる値であるので、トルク定数の設定によっても回生領域Ｋを決定することができる。なお、図３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、モータＭをＰＷＭ制御で制御する場合の最大電圧によって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。
【００５８】
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。
【００５９】
そして、上記可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を変化させることで、上記短絡特性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る。これは、ストローク速度を一定にした場合に、上記抵抗値を小さくすると各巻線１２に流れる電流が大きくなり、反対に抵抗値を大きくすれば各巻線１２に流れる電流が小さくなるので、抵抗値を小さくすると各巻線１２が発生する磁界が大きくなりストローク速度に対してモータＭが発生するトルクが大きくなって電磁サスペンション装置が発生する荷重が大きくなり、逆に、抵抗値を大きくすると各巻線１２が発生する磁界が小さくなってストローク速度に対してモータＭが発生するトルクが小さくなり電磁サスペンション装置が発生する荷重が小さくなることに起因している。
【００６０】
したがって、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を変化させるとモータＭの発生トルクを変化させることができ、図４に示すように、抵抗値を大きくする場合には、荷重の極大値を変化させること無く短絡特性Ｔをストローク速度軸に沿って伸長させ、逆に、抵抗値を小さくする場合には、荷重の極大値を変化させること無く短絡特性Ｔをストローク速度軸に沿って原点側に向けて圧縮するように作用するので、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を変化させることによって、短絡特性Ｔを制御でき、これによって上記接線Ｓの傾きを変化させることが可能となる。
【００６１】
そして、この電磁サスペンション装置にあっては、基本的には、ストローク速度に基づいて、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を調節する。具体的には、ストローク速度が低速である場合には、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を小さくするように調整し、短絡特性Ｔをストローク速度軸に沿って原点側に引き寄せて、接線Ｓの傾きを大きくし、回生領域Ｋを拡大する。
【００６２】
このとき、制御装置２０が演算するストローク速度に対して発生すべき荷重が、回生領域Ｋ内となるように上記制御装置２０の駆動源の作動によって抵抗値を調整する。
【００６３】
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内で荷重を発生させることができ、これにより、電源Ｅの充電と必要荷重の発生とを両立させることが可能である。
【００６４】
また、回生領域Ｋをストローク速度に応じて拡大することができるので、電源Ｅを充電する機会を多くすることができ、この点でも、省電力化が達成される。
【００６５】
なお、一般的なパッシブダンパは、車両が舗装路を走行する場合、図５に示すように、伸長側でおおよそ６００Ｎを中心として２００Ｎから１０００Ｎの範囲内で頻繁に荷重を発生し、収縮側ではおおよそ３００Ｎを中心として０Ｎから６００Ｎの範囲内で頻繁に荷重を発生している。さらに、車両走行中に高い頻度で出現する伸縮ストローク速度は、図６に示すように、概ね０．１ｍ／ｓ以内の範囲に収まる。
【００６６】
上記したところから理解できるように、一般的なパッシブダンパの伸縮における頻繁使用ストローク速度範囲は０．１ｍ／ｓの範囲内であって、頻繁使用荷重は、１０００Ｎ以内である。
【００６７】
このことから、この電磁サスペンション装置において、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を最小にした状態における回生領域Ｋ内に、ストローク速度０．１ｍ／ｓに対して１０００Ｎの荷重が入るように設定しておけば、車両が舗装路を走行する場合には、略電源Ｅを充電するようにしておくことができる。
【００６８】
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、電磁サスペンション装置の作動によって電源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。
【００６９】
すなわち、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、省電力化を確実なものにすることができる。
【００７０】
また、上述のように設定されることで、０．３ｍ／ｓ程度の比較的速いストローク速度の振動が入力されても、充分大きな荷重を上記回生領域Ｋ内で発生可能となるので、実用的な電磁サスペンション装置となる。
【００７１】
他方、ストローク速度が中高速領域に達する場合には、そのストローク速度に応じて可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を増加させる。すると、抵抗値の増加によって各巻線１２が発生する磁界が小さくなり、短絡特性Ｔは、上述のようにストローク速度軸に沿って伸長させられるように変化する。
【００７２】
したがって、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となって、短絡特性Ｔに即した荷重した発生できない状態となっても、短絡特性を上記抵抗値の調整で制御することで、図７中、点線Ｙで示す短絡特性を実線Ｚで示す短絡特性に変化させて、大きな荷重を発生させることが可能となる。
【００７３】
すなわち、この電磁サスペンション装置によれば、電源を効率的に充電することができ、ストローク速度が中高速領域でも充分な荷重を発生できる。
【００７４】
また、上記したことからすれば、抵抗値を調整することで電磁サスペンション装置におけるストローク速度に対する荷重の制御範囲が拡大されることにもなるので、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、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。
【００７５】
なお、上記したところでは、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値をストローク速度に応じて上昇させるように調整しているが、ストローク速度が中高速となった場合において十分に荷重を発生させることに着目すると、普段は、ストローク速度が低速における電源Ｅの充電効率を目指して回生領域Ｋを大きくしておき、モータＭの誘導起電力が所定電圧となると可変抵抗の抵抗値を増大させるようにしてもよい。なお、この場合においても、ストローク速度に上昇に対して可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を徐々に上昇させる制御を合わせて行うようにしてもよい。
【００７６】
そして、所定電圧を電源Ｅの電圧とするか、または、電源Ｅの電圧より小さく設定しておくと、ストローク速度が増大してモータＭの誘導起電力が電源Ｅの電圧を超える場合もしくは超える恐れがある場合に、荷重不足となって車両における乗り心地を損なうことが防止される。特に、所定電圧を電源Ｅの電圧以下に設定しておく場合には、ストローク速度の急激な増加に対しても充分な荷重を活性可能となり、このようなしても、電磁サスペンション装置の発生荷重が不足してしまう事態を回避することができる。
【００７７】
なお、所定電圧を電源電圧に設定する以外にあっては、該所定電圧をどの程度の値に設定するかは、車両の使用目的等によっても異なることから、適宜、この電磁サスペンション装置が搭載される車両に合わせて調節するとよい。
【００７８】
また、モータＭの誘導起電力が所定電圧となると可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を増大させるようにすることで、頻繁に可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を調節する煩雑さがないので、可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値の調節が簡易となり、普段は、回生領域Ｋを拡大しておけるので電源Ｅの充電機会損失を抑制できる。
【００７９】
ところで、電源Ｅの充電効率を考えると、ストローク速度に対して回生領域Ｋ内でも最も効率的に電源Ｅを充電可能な荷重を発生させるのが、理想的である。
【００８０】
ここで、電源Ｅを最も効率よく充電すること可能なラインは、図８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。
【００８１】
これは、任意のストローク速度に対して発生される荷重と回生電流との関係は、図９に示すがごとく、回生電流が０となる荷重の最小値と最大値の中点における荷重で回生電流は最大となる。
【００８２】
そして、回生電流が０となる荷重の最小値と最大値は、それぞれ、任意のストローク速度に対して発生される回生領域Ｋ内の荷重の最小値と最大値を示している。具体的には、回生電流が０となる荷重の最小値は、図３中のストローク速度軸上の荷重であるので、その値は０となり、他方の回生電流が０となる荷重の最大値は、図３中の接線Ｓ上の荷重の値となる。
【００８３】
すなわち、回生電流が最大となるのは、上記したように、回生電流が０となる荷重の最小値と最大値の中点における荷重となり、接線Ｓの２分の１の傾きを持つ直線Ａ上で荷重が発生されると、電源Ｅの充電効率が最大となる。
【００８４】
したがって、ストローク速度に対して発生させる荷重が可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を調節することによって、上記直線Ａ上となるようにすれば、電源Ｅの充電効率が最大となる。
【００８５】
具体的には、上記可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を調整して短絡特性Ｔを制御することによって、接線Ｓの傾きを調節し、すなわち、直線Ａの傾きを調節して、ストローク速度に対して発生すべき荷重が直線Ａ上となるように制御する。
【００８６】
このように可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３の抵抗値を調整して短絡特性Ｔを制御することで、電磁サスペンション装置は、発生すべき荷重を発生して車両における乗り心地を向上可能であるとともに、電源Ｅの充電効率を最大とすることができ、より省電力化が測れることになる。
【００８７】
また、電源Ｅを最も効率的に充電することが可能となるので、車両が長期間駐車した状態に置かれ、電源Ｅの電圧が低下してしまったとしても、電源Ｅをもともと発揮していた電圧まで早急に回復させることができる。
【００８８】
また、電磁サスペンション装置を、図１０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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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、の間には直接的あるいは間接的に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。
【００９２】
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と同様であるので、上記した可変抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３を設けておけば、その抵抗値の調節によって、一実施の形態の電磁サスペンション装置と同様の作用効果を相することが可能である。
【００９３】
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】
【００９４】
【図１】一実施の形態における電磁サスペンション装置を概念的に示した図である。
【図２】モータ駆動回路の回路図である。
【図３】回生領域を示す図である。
【図４】可変抵抗の抵抗値の変化と短絡特性の変化との関係を示した図である。
【図５】緩衝器が車両走行中に発生する伸長側と収縮側の各荷重の頻度を示す図である。
【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】短絡特性の変化を示す図である。
【図８】電源を最も効率よく充電すること可能なストローク速度と荷重との関係を示す図である。
【図９】任意のストローク速度における荷重と回生電流との関係を示す図である。
【図１０】他の電磁サスペンション装置の概念図である。
【図１１】従来のモータ駆動回路を示す図である。
【図１２】従来の電磁サスペンション装置の回生領域と制御不能領域を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
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
３１  一方部材である筒
３２  他方部材であるロッド
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６  スイッチング素子
Ａ１，Ａ２，Ａ３  アーム
Ｂ  バイパス
Ｃ  モータ駆動回路
Ｅ  電源
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６  寄生ダイオード
Ｌ  リレー
Ｍ  モータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  出力端子
Ｒ  ステータ
ｒ１，ｒ２，ｒ３  可変抵抗
【図１】
2007290669.tif 000003
【図２】
2007290669.tif 000004
【図３】
2007290669.tif 000005
【図４】
2007290669.tif 000006
【図５】
2007290669.tif 000007
【図６】
2007290669.tif 000008
【図７】
2007290669.tif 000009
【図８】
2007290669.tif 000010
【図９】
2007290669.tif 000011
【図１０】
2007290669.tif 000012
【図１１】
2007290669.tif 000013
【図１２】
2007290669.tif 000014