(57)【要約】【課題】電磁サスペンションの上下方向力の制御が適切に行われるようにする。【解決手段】電磁サスペンション１０のねじ軸４２と電動モータ６とを、無段変速機を備えた回転伝達装置８によって連結する。電動モータ６の回転数とねじ軸４２の回転数との比率を可変にできる。例えば、上下ストローク速度が大きい場合に変速比を大きくすれば、電動モータ６の回転数を小さくすることができ、良好に上下方向力を加えることができる。また、電動モータ６の回生運転時に変速比を小さくすれば、電動モータ６の回転数を大きくすることができ、大きな起電力を発生させることができる。【選択図】図１
2009214836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)電動モータと、(b)車両のばね上部とばね下部との間に設けられ、回転伝達装置を介して前記電動モータとの間の回転の伝達が可能な回転部材と、(c)その回転部材に、回転運動と直線運動との変換が可能な状態で係合させられた非回転部材とを備え、前記ばね上部と前記ばね下部との間に上下方向力を付与する電磁サスペンションであって、
前記回転伝達装置が、前記電動モータに接続されたモータ側回転軸と前記回転部材に接続されたサスペンション側回転軸との間に設けられ、前記サスペンション側回転軸の回転角速度の前記モータ側回転軸の回転角速度に対する比率が可変である変速比可変型回転伝達装置であることを特徴とする電磁サスペンション。
【請求項２】
前記電動モータが、それの回転軸線と前記回転部材の回転軸線とが同一直線上に存在しない状態で設けられた請求項１に記載の電磁サスペンション。
【請求項３】
前記変速比可変型回転伝達装置が、前記ばね上部と前記ばね下部との間の距離の伸縮速度の絶対値が予め定められた設定値より大きい場合に前記設定値以下である場合より、前記比率を大きくする高速移動時変速比制御部を含む請求項１または２に記載の電磁サスペンション。
【請求項４】
前記変速比可変型回転伝達装置が、前記ばね上部と前記ばね下部との間の距離の伸縮速度の絶対値が大きい場合に小さい場合より、前記比率を大きくする変速比増加部を含む請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁サスペンション。
【請求項５】
前記変速比可変型回転伝達装置が、前記電動モータが回生運転状態にある場合に力行運転状態にある場合より、前記比率を小さくする回生運転時変速比制御部を含む請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電磁サスペンション。
【請求項６】
前記変速比可変型回転伝達装置が、(i)前記モータ側回転軸と前記サスペンション側回転軸とにそれぞれ接続された可変プーリと、これら一対の可変プーリの間に掛け渡されたベルトとを備えた無段変速機構と、(ii)前記一対の可変プーリのＶ字溝の幅を変えて、前記ベルトの掛かり径を変える溝幅変更部とを含む請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電磁サスペンション。
【請求項７】
前記変速比可変型回転伝達装置が、(i)前記モータ側回転軸に接続されたサンギヤと、前記サスペンション側回転軸に接続されたリングギヤと、それらサンギヤとリングギヤとの間に設けられたプラネタリギヤとを含む遊星歯車機構と、(ii)前記プラネタリギヤを保持するプラネタリギヤキャリアの回転状態を制御することにより、前記サンギヤの回転角速度と前記リングギヤの回転角速度との比率を変えるプラネタリギヤキャリア回転制御部とを含む請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電磁サスペンション。
【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に関するものであり、特に、電磁サスペンションの回転部材と電動モータとの間に設けられる回転伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、(a)電動モータと、(b)車両のばね上部とばね下部との間に設けられ、ねじ軸と、そのねじ軸に螺合するナット部材とを備え、ばね上部とばね下部との間の相対移動と共に伸縮する伸縮機構と、(c)電動モータとねじ軸との間に設けられ、一対のギヤを有する回転伝達装置とを含む電磁サスペンションが記載されている。これら電磁サスペンションにおいて、回転伝達装置における電動モータの回転角速度ωMとねじ軸の回転角速度ωSとの比率である変速比ε（＝ωS／ωM）は一定である。
また、特許文献１には、回転伝達装置が遊星歯車機構を備えたものが記載されている。この回転伝達装置においては、サンギヤと電動モータの回転軸とが接続され、プラネタリギヤキャリアとねじ軸とが接続され、リングギヤが固定されている。回転伝達装置における変速比ε（＝ωS／ωM）は一定である。
【特許文献１】特開２００４−１１８２４号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、電磁サスペンションの改良を図ることであり、例えば、電動モータに接続されたモータ側回転軸の回転角速度と回転部材に接続されたサスペンション側回転軸の回転角速度との比率を可変とすることである。
【課題を解決するための手段および効果】
【０００４】
請求項１に記載の電磁サスペンションは、(a)電動モータと、(b)車両のばね上部とばね下部との間に設けられ、回転伝達装置を介して前記電動モータとの間の回転の伝達が可能な回転部材と、(c)その回転部材に、回転運動と直線運動との変換が可能な状態で係合させられた非回転部材とを備え、前記ばね上部と前記ばね下部との間に上下方向力を付与する電磁サスペンションであって、前記回転伝達装置が、前記電動モータに接続されたモータ側回転軸と前記回転部材に接続されたサスペンション側回転軸との間に設けられ、前記サスペンション側回転軸の回転角速度の前記モータ側回転軸の回転角速度に対する比率が可変である変速比可変型回転伝達装置とされたことを特徴とする。
本項に記載の電磁サスペンションにおいて、電動モータの回転軸（モータ軸）にモータ側回転軸が接続され、回転部材にサスペンション側回転軸が接続される。モータ側回転軸には、電動モータのモータ軸が直接接続される場合（モータ側回転軸とモータ軸とが相対回転不能に接続される場合であり、モータ軸とモータ側回転軸とが一体的に設けられる場合もある）や変速機等を介して間接的に接続される場合（モータ側回転軸とモータ軸とが相対回転可能に接続される場合）があるが、モータ側回転軸の回転角速度と電動モータのモータ軸の回転角速度との間には予め定められた関係が成立し、これらは１対１に対応する。同様に、サスペンション側回転軸には、回転部材が直接接続される場合（サスペンション側回転軸と回転部材とが相対回転不能に接続される場合であり、回転部材とサスペンション側回転軸とが一体的に設けられる場合もある）や変速機等を介して間接的に接続される場合（サスペンション側回転軸と回転部材とが相対回転可能に接続される場合）があるが、サスペンション側回転軸の回転角速度と回転部材の回転角速度との間には予め定められた関係が成立し、１対１に対応する。そして、回転伝達装置は、モータ側回転軸とサスペンション側回転軸との間に設けられる。電動モータの出力トルクが回転伝達装置を介して回転部材に加えられ、それによって、非回転部材に上下方向力が加えられ、ばね上部とばね下部との間に上下方向力が加えられる。
本項に記載の電磁サスペンションの回転伝達装置において、サスペンション側回転軸の回転角速度ωSのモータ側回転軸の回転角速度ωMに対する比率（ε＝ωS／ωM）である変速比が可変とされる。以下、本明細書において、説明を簡単にするため、モータ側回転軸と電動モータのモータ軸とが直接接続され、サスペンション側回転軸と回転部材とが直接接続された場合、すなわち、モータ側回転軸の回転角速度と電動モータのモータ軸の回転角速度とが同じであり、サスペンション側回転軸の回転角速度と回転部材の回転角速度とが同じであるとして説明する。
例えば、ばね上部とばね下部との間の伸縮速度（回転部材の回転角速度、サスペンション側回転軸の回転角速度に対応する。以下、上下ストローク速度と略称する）の絶対値が設定値より大きく、電動モータの回転数ＮMが、その電動モータの特性で決まる上限回転数ＮMAX（同期速度と称することもある）より大きくなる場合（ＮM＞ＮMAX）に、変速比εを大きい値とすれば、電動モータの回転数ＮMを上限回転数ＮMAXより小さくすることが可能となる（ＮM＜ＮMAX）。その結果、ばね上部とばね下部との間に適切な上下方向力を加えることができる。また、上下ストローク速度の絶対値が大きくても、電動モータの回転数を小さくすることができるため、電動モータを上限回転数ＮMAXの小さいものとすることが可能となり、その分、電動モータのコストダウンを図ることができる。
また、回生運転時に力行運転時より変速比εを小さくすれば、上下ストローク速度の絶対値に対する電動モータの回転数ＮXを大きくすることができる。その結果、起電力を大きくすることができ、蓄電装置への充電を効果的に行うことができる。
なお、回転伝達装置は、互いに連結される２つの回転軸の間で回転を伝達するものであり、回転角速度やトルクを伝達する。変速比εro（ωS／ωM）とトルク比εtq（ＴS／ＴM）との間には、関係式
εro・εtq＝１
が成立することが多いが、成立しない場合もある。例えば、変速比εroが変化しても、トルク比εtqは一定の場合もある。本項に記載の電磁サスペンションにおいては、少なくとも、変速比が可変とされるのである。
電動モータは、電動モータのモータ軸の回転軸線（あるいは、モータ側回転軸の回転軸線）と回転部材の回転軸線（あるいは、サスペンション側回転軸の回転軸線）とが同一直線上に存在する状態で設けても、同一直線上に存在しない状態で設けてもよい。同一直線上に存在しない状態で設ける場合には、２つの回転軸線が同一平面内にある状態（２つの回転軸線が互いに平行に隔たった状態、あるいは、２つの回転軸線が交差する状態）で設けても、２つの回転軸線が同一平面内にない状態（ねじれの位置）で設けてもよい。
また、電磁サスペンションにおいて、回転部材をロッド状のねじ軸として、非回転部材を、ねじ軸に螺合するナット部材としても、回転部材をナット部材として、非回転部材をねじ軸としてもよい。
さらに、電動モータは、直流モータであっても、交流モータであってもよく種類は問わない。例えば、ブラシレスＤＣモータとしたり、誘導モータとしたり等することができる。
【特許請求可能な発明】
【０００５】
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組を、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
【０００６】
(１)(a)電動モータと、(b)車両のばね上部とばね下部との間に設けられ、回転伝達装置を介して前記電動モータとの間の回転の伝達が可能な回転部材と、(c)その回転部材に、回転運動と直線運動との変換が可能な状態で係合させられた非回転部材とを備え、前記ばね上部と前記ばね下部との間に上下方向力を付与する電磁サスペンションであって、
前記回転伝達装置が、前記電動モータに接続されたモータ側回転軸と前記回転部材に接続されたサスペンション側回転軸との間に設けられ、前記サスペンション側回転軸の回転角速度の前記モータ側回転軸の回転角速度に対する比率が可変である変速比可変型回転伝達装置であることを特徴とする電磁サスペンション（請求項１）。
(２)前記電動モータが、それの回線軸線と前記回転部材の回転軸線とが同一直線上に存在しない状態で設けられた(1)項に記載の電磁サスペンション（請求項２）。
(３)前記電動モータが、それの回転軸線と前記回転部材の回転軸線とが、互いに平行に隔たった状態で設けられた(2)項に記載の電磁サスペンション。
電動モータを、それの回転軸線と回転部材の回転軸線とが同一直線上に存在する状態で設ける場合に比較して、ばね上部とばね下部との間の許容ストロークを大きくすることが可能となり、設計の自由度を向上させることができる。特に、同一直線上に存在する状態で設けることに設計上の制約が大きい場合に有効である。
なお、モータ側回転軸の回転軸線とサスペンション側回転軸の回転軸線との関係についても同様であり、電動モータを、これら２つの回転軸線が同一直線上に存在する状態で設けても、互いに隔たって平行な状態で設けてもよい。
(４)前記変速比可変型回転伝達装置が、前記ばね上部と前記ばね下部との間の距離の伸縮速度の絶対値が予め定められた設定値より大きい場合に設定値以下である場合より、前記比率を大きくする高速移動時変速比制御部を含む(1)項ないし(3)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション（請求項３）。
上下ストローク速度の絶対値の設定値Ｖthは、例えば、変速比εが基準値である場合に、電動モータの回転数ＮMがその電動モータの特性で決まる上限回転数ＮMAX、あるいは、上限回転数より小さい設定回転数Ｎthとなる場合の、上下ストローク速度の大きさとすることができる。
この場合、基準値は、上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖth以下である場合の回転伝達装置における変速比となる。上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖth以下である場合の変速比は、電動モータの特性、電磁サスペンションの諸元、回転伝達装置の諸元等のうちの１つ以上に基づいて予め決められた値である場合、１である場合等がある。
本項に記載の電磁サスペンションにおいては、上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖthより大きい場合に、変速比が基準値より大きい値とされる。変速比εは一定の値としても、上下ストローク速度の絶対値で決まる値としてもよい。変速比εは、例えば、車両の通常の走行中に、上下ストローク速度の絶対値が大きくても、電動モータの回転数ＮMが上限回転数ＮMAXを越えない大きさとすることが望ましい。
なお、上下ストローク速度の絶対値は回転部材の回転数に対応するため、上下ストローク速度の絶対値を回転部材の回転数で表すこともできる。
(５)前記高速移動時変速比制御部が、前記伸縮速度の絶対値が前記設定値より大きい場合に、前記伸縮速度の絶対値の増加に伴って前記比率を大きくする比率漸増部を含む(4)項に記載の電磁サスペンション。
上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖthより大きい場合に、変速比εを上下ストローク速度の絶対値の増加に伴って大きくすれば、電動モータの回転数を上限回転数ＮMAX以下の一定の大きさに維持したり、電動モータの回転数ＮMが上限回転数ＮMAXより大きくならないようにしたりすることができる。
(６)前記変速比可変型回転伝達装置が、前記ばね上部と前記ばね下部との間の距離の伸縮速度の絶対値が大きい場合は小さい場合より、前記比率を大きい値とする比率増加部を含む(1)項ないし(5)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション（請求項４）。
変速比εが大きい場合は小さい場合より、上下ストローク速度の絶対値に対する電動モータの回転数を小さくすることができる。その結果、電動モータの制御を行うためのスイッチング回路の能力、コンピュータの能力を低いものとすることが可能となり、その分、コストダウンを図ることができる。
(７)前記変速比可変型回転伝達装置が、前記電動モータが回生運転状態にある場合に力行運転状態にある場合より、前記比率を小さくする回生運転時変速比制御部を含む(1)項ないし(6)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション（請求項５）。
電動モータが発電機として作動した場合に発生する起電力は、電動モータの回転数に応じた大きさ（電磁誘導）となるため、回生運転は、電動モータの回転数ＮMが大きい場合に行われる方が望ましい。
そこで、回生運転時に、変速比εを小さくして、上下ストローク速度の絶対値に対する電動モータの回転数ＮMを大きくすることは妥当なことである。
また、従来、電動モータの回転数が小さいために回生運転が行われていなかった領域において、回生運転が行われるようにすることもできる。
本項に記載の電磁サスペンションにおいて、変速比εが力行運転時に基準値とされていた場合には、回生運転時に基準値より小さい値とされる。
なお、本項に記載の特徴は、電動モータが回生運転状態にある場合に限らず、サスペンションに減衰力を加えることが望ましい場合にも適用することができる。例えば、積極的に上下方向力を加える状態でなく、短絡状態、発電機として機能している状態、発電制動状態等に電動モータの回転数を大きくすることは望ましい。
(８)当該電磁サスペンションが、前記電動モータの電源である蓄電装置に蓄えられている蓄電量が予め定められた設定量以下である場合と、前記蓄電量の減少勾配が予め定められた設定勾配以上である場合との少なくとも一方の場合に、前記回生運転を行う電動モータ制御部を含む(7)項に記載の電磁サスペンション。
蓄電装置に蓄えられている電力の蓄電量が予め定められた設定量以下である場合には、電動モータによる上下方向力の制御を停止し、蓄電装置に電力を充電することが望ましい。また、蓄電装置が、車両に搭載された別の電力消費装置（例えば、駆動用モータ）の電源と共通のものである場合には、別の電力消費装置に電力が供給されている状態において、蓄電量の消費量が多くなり、設定勾配以上で減少する場合がある。この場合には、電磁サスペンションの電動モータの回生運転により、充電が行われることが望ましい。
(９)当該電磁サスペンションが、前記電動モータの電源である蓄電装置に蓄えられている蓄電量と、前記蓄電量の減少速度との少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置における充電要求の程度を取得し、その充電要求の程度が強い場合は弱い場合より、前記比率を小さくする充電要求対応変速比決定部を含む(1)項ないし(8)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション。
蓄電装置に蓄えられている電力の不足量が大きい場合、不足すると予測される場合等に、比率を小さくすれば、その時点における上下ストローク速度の絶対値に対する電動モータの回転数をより大きくすることができ、回生効率を高くすることができる。
(１０)前記変速比可変型回転伝達装置が、(i)前記モータ側回転軸と前記サスペンション側回転軸とにそれぞれ接続された可変プーリと、これら一対の可変プーリの間に掛け渡されたベルトとを備えた無段変速機構と、(ii)前記一対の可変プーリのＶ字溝の幅を変えて、前記ベルトの掛かり径を変える溝幅変更部とを含む(1)項ないし(9)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション（請求項６）。
無段変速機構において、変速比εは、式
ε＝ＲM／ＲS＝ωS／ωM＝ＴM／ＴS
で表すことができる。
ＲM、ＲSは、それぞれ、モータ側回転軸に接続された可変プーリにおけるベルトの掛かり径、サスペンション側回転軸に接続された可変プーリにおけるベルトの掛かり径であり、ＴM、ωMは、モータ側回転軸に加えられるトルク、回転角速度であり、ＴS、ωSは、サスペンション側回転軸に加えられるトルク、回転角速度である。無段変速機構において、変速比（ωS／ωM）とトルク比（ＴS／ＴM）との積は１である。
上述の式に示すように、一対の可変ベルトの掛かり径ＲM、ＲSの比率を変えれば、変速比εを変えることができる。
(１１)前記変速比可変型回転伝達装置が、(i)前記モータ側回転軸に接続されたサンギヤと、前記サスペンション側回転軸に接続されたリングギヤと、これらサンギヤとリングギヤとの間に設けられたプラネタリギヤとを含む遊星歯車機構と、(ii)前記プラネタリギヤを保持するプラネタリギヤキャリアの回転状態を制御することにより、前記サンギヤの回転角速度と前記リングギヤの回転角速度との比率を変えるプラネタリギヤキャリア回転制御部とを含む(1)項ないし(10)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション（請求項７）。
遊星歯車機構において、プラネタリギヤキャリアの回転が阻止されている場合には、変速比εP0は、式
εP0＝−ＺM／ＺR＝ωR／ωM＝ＴM／ＴR
で表すことができる。
ＺM、ＺRは、それぞれ、サンギヤ（電動モータ側）の歯数、リングギヤの歯数であり、ＴM、ωMは、サンギヤのトルク、回転角速度であり、ＴR、ωRは、リングギヤのトルク、回転角速度である。プラネタリキャリアの回転が阻止されている場合には、リングギヤとサンギヤとの間の変速比（ωR／ωM）とトルク比（ＴR／ＴM）との積は１になる。
また、サスペンション側回転軸がリングギヤに直接接続されている場合には、上述の式において、ＺR、ωR、ＴRを、それぞれ、サスペンション側回転軸側の歯数、回転部材の回転角速度、トルクとすることができる。それに対して、サスペンション側回転軸がリングギヤと噛み合うサスペンション側ギヤに接続されている場合には、リングギヤとサスペンション側ギヤ（回転部材側）との間のギヤ比をγ（−ＺR′／ＺS＝ωS／ωR）とした場合に、回転伝達装置における変速比ε（サスペンション側回転軸の回転角速度ωSのモータ側回転軸の回転角速度ωMに対する比率）は、式
ε＝εP0・γ
で表されることになる。サスペンション側ギヤがリングギヤの外周側に噛合している場合には、ＺR′はリングギヤの外周側（サスペンション側）の歯数であり、ＺRがリングギヤの内周側（プラネタリギヤ側）の歯数となる。
なお、本明細書において、回転角速度ω、トルクＴは、それぞれ、向きと大きさとを有するものであり、符号（正・負）は回転軸の回転方向、トルクの向きを表す。プラネタリギヤキャリアが固定の場合には、リングギヤとサンギヤとで回転の向きが逆になる。
プラネタリギヤキャリアが回転（プラネタリギヤが公転）させられる場合には、リングギヤの回転角速度ωRYは、プラネタリギヤキャリアの回転角速度をωCとした場合に、式
ωRY＝−（ＺM／ＺR）（ωMY−ωC）＋ωC＝εP0（ωMY−ωC）＋ωC
で表すことができる。プラネタリギヤが公転している場合の回転角速度には、添え字Ｙを付して区別する。また、リングギヤのトルクＴMは、
ＴR＝ＴM／εP0
で表すことができる。
また、プラネタリギヤが公転させられる場合の変速比εYは、
εY＝ωRY／ωMY＝−（ＺM／ＺR）｛１−ωC／ωMY｝＋ωC／ωMY
となる。
これらの式から、プラネタリギヤキャリアが、サンギヤ（電動モータ）と同じ方向に回転させられる場合には、リングギヤの回転角速度の絶対値は、プラネタリギヤキャリアが固定の場合に比較して小さくなり、変速比εYの絶対値が小さくなる。また、プラネタリギヤキャリアが、サンギヤと逆方向に回転させられる場合には、リングギヤの回転角速度の絶対値は大きくなり、変速比εYの絶対値が大きくなる。
なお、この場合にトルク比（１／εP0）は一定であるため、変速比εYとトルク比（１／εP0）との積は１にはならない。
また、プラネタリギヤキャリアの回転を許容する状態と阻止する状態とに切り換えることによっても、変速比εYを変更することができる。プラネタリギヤキャリアの回転がフリーである場合には、リングギヤの回転角速度ωRは０となり、回転が阻止された状態においては、回転角速度ωRはεP0・ωMとなり、許容の程度を調整すれば、リングギヤの回転角速度ωRを、これらの中間の値とすることができる。
(１２)前記プラネタリギヤキャリア回転制御部が、前記ばね上部の前記ばね下部に対する相対的な位置である車高を変化させる場合に、前記プラネタリギヤキャリアの回転状態を制御することにより、上下方向力の変化速度と前記車高の変化速度との関係を制御する車高制御部を含む(11)項に記載の電磁サスペンション。
遊星歯車機構において、上述のように、プラネタリギヤキャリアが回転させられても、回転が阻止されても、リングギヤのトルクとサンギヤのトルクとの比率は一定であるのに対して、プラネタリギヤキャリアが回転させられる場合と回転が阻止される場合とでリングギヤの回転角速度とサンギヤの回転角速度との比率は変化する。そのため、プラネタリギヤキャリアの回転状態を制御することにより、サンギヤの回転角速度、トルクの変化が一定であっても、リングギヤの回転角速度とトルクの変化との関係を制御することができるのであり、ばね上部とばね下部との間の上下ストローク速度と、これらの間に加えられる上下方向力の変化速度との関係を制御することができる。
(１３)前記変速比可変型回転伝達装置が、前記ばね上部と前記ばね下部との間の距離の伸縮速度の絶対値が予め定められた設定速度より大きい場合に、前記比率を予め定められた伸縮速度対応設定値より大きい値とする高速伸縮時変速比決定部を含む(1)項ないし(12)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション。
伸縮速度対応設定値は、車両の通常の走行状態において、上下ストローク速度の絶対値が予め定められた設定速度以上であっても、電動モータの回転数ＮMが上限回転数ＮMAX以下となる大きさとしたり、電動モータの回転数ＮMが所望の大きさとなる大きさとしたりすること等ができる。
変速比εは、伸縮速度対応設定値より大きい、予め定められた固定値としたり、上下ストローク速度の絶対値で決まる値としたりすることができる。
(１４)前記変速比可変型回転伝達装置が、前記電動モータが回生運転状態にある場合に、前記比率を、予め定められた回生運転対応設定値より小さい値とする回生運転時変速比決定部を含む(1)項ないし(13)項のいずれか１つに記載の電磁サスペンション。
回生運転対応設定値は、例えば、車両の通常の走行状態において、上下ストローク速度の絶対値が設定速度以下であっても、電動モータの回転数が回生運転に適した設定回転数以上となる大きさとすることができる。
【実施例】
【０００７】
以下、本発明の一実施例である電磁サスペンションを、図面に基づいて詳細に説明する。図１において、電磁サスペンションは、上下方向力発生装置４，電動モータ６，回転伝達装置８等を含む。
上下方向力発生装置４は、車両の前後左右の各車輪毎に、ロアアーム１２と車体（タイヤハウジングの上部）１４との間に設けられる。ロアアーム１２は車輪を保持し、ばね下部を構成する部材であり、車体１４はばね上部を構成する部材である。以下、ロアアーム１２をばね下部、車体１４をばね上部と称することがある。
また、ばね下部１２とばね上部１４との間には、上下方向力発生装置４と液圧式のショックアブソーバ１６とが直列に設けられ、サスペンションスプリングとしてのエアスプリング１８が、上下方向力発生装置４および液圧式ショックアブソーバ１６と並列に設けられる。本実施例において、上下方向力発生装置４，液圧式ショックアブソーバ１６，エアスプリング１８等により電磁サスペンションの伸縮機構２０が構成される。
さらに、電動モータ６が、車体１４の、上下方向力発生装置４が設けられた位置から隔たった位置に、それぞれの軸線ＬM、ＬSが互いに平行な状態で設けられる。電動モータ６は、上下方向力発生装置４とは別個、独立に設けられるのである。なお、電動モータ６，回転伝達装置８は、図示しないハウジングに保持され、車体１４に固定される。
【０００８】
エアスプリング１８は、上下方向力発生装置４のハウジング２８の外周側に設けられる。エアスプリング１８は、チャンバシェル３０と、エアピストン筒３２と、それらを接続するダイヤフラム３４とを含む。
チャンバシェル３０は、車体１４に、原則的に、上下方向に相対移動不能に連結され、エアピストン筒３２は、液圧式ショックアブソーバ１６のハウジング（以下、ダンパハウジングと称する）３６に固定されている。ダンパハウジング３６は、ロアアーム１２に、原則的に、上下方向に相対移動不能に連結されているため、エアスプリング２０は、車体１４とロアアーム１２との間に設けられることになる。エアピストン筒３２は、ハウジング２８に気密、かつ、摺動可能に設けられる。
ダイヤフラム３４は、一端部がチャンバシェル３０に固定され、他端部がエアピストン筒３２に固定されており、それらチャンバシェル３０、ダイヤフラム３４、エアピストン筒３２、ハウジング２８によってエアチャンバ（エア室）３８が形成される。
本実施例においては、ばね上部１４に連結されたチャンバシェル３０（およびハウジング２８）と、ばね下部１２に連結されたエアピストン筒３２（およびダンパハウジング３６）との間の軸線ＬS方向（上下方向力発生装置４の軸方向であり、上下方向である）の相対移動により、ばね上部１４とばね下部１２との間の距離が伸縮させられる。エアピストン筒３２のハウジング２８に対するバウンド側の移動限度は、エアピストン筒３２の上面４０ａがハウジング２８に設けられたストッパ４０ｂに当接することによって規定され、リバウンド側の移動限度は、エアピストン筒３２に設けられたストッパ４１ａがハウジング２８の段部の上面４１ｂに当接することによって規定される。
なお、エアチャンバ３８には、流体としての圧縮エアが封入されており、圧縮エアによって車体１４が弾性的に支持される。また、エアチャンバ３８に収容される圧縮エアの量を調整することによって、ばね上部１４とばね下部１２との間の距離である車高（定常的な距離）を調整することができる。
【０００９】
上下方向力発生装置４は、前述のハウジング２８，ねじ軸４２，ナット部材４４等を含む。
ねじ軸４２は、ハウジング２８に、ベアリング４６を介して相対回転可能に支持されており、軸線ＬSの回りに相対回転させられる。ねじ軸４２と電動モータ６の回転軸５０との間には、回転伝達装置８が設けられ、これらの間で、双方向に回転が伝達可能とされている。
ねじ軸４２はナット部材４４の内周側を貫通して設けられる。ねじ軸４２の外周面およびナット部材４４の内周面にねじ部が形成され、ベアリングボールを介して互いに螺合される。ナット部材４４は、円筒部材５８に相対回転不能かつ相対移動不能に嵌合され、円筒部材５８が、回り止め機構６０を介してハウジング２８に相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に保持されている。本実施例において、ねじ軸４２，ナット部材４４および回り止め機構５８等により回転運動と直線運動との間で変換する運動変換機構６２が構成される。円筒部材５８は、上下力伝達装置６４の伝達部材６６に固定されている。
【００１０】
上下力伝達装置６４は、伝達部材６６，圧縮コイルスプリング７４，７６等を含み、エアシリンダ筒３２の内周側に設けられる。
伝達部材６６は、エアピストン筒３２の内周側に軸方向に相対移動可能に保持される。伝達部材６６は、概して、円板状を成したものであり、中央部にナット部材４４の円筒部材５８が固定されるとともに、液圧式ショックアブソーバ１６のピストンのピストンロッド７８が固定される。外周部は中間リテーナ（共通リテーナと称することもできる）７９とされ、下部リテーナ８０および上部リテーナ８２の中間に位置する。上部リテーナ８２と中間リテーナ７９との間に圧縮コイルスプリング７４が設けられ、中間リテーナ７９と下部リテーナ８０との間に圧縮コイルスプリング７６が設けられる。下部リテーナ８０、上部リテーナ８２は、エアシリンダ筒３２に固定的に設けられる。
【００１１】
液圧式のショックアブソーバ１６は、よく知られたものであるため、説明を省略するが、ダンパハウジング３６の内周側に摺動可能に嵌合されたピストンを含み、ピストンのダンパハウジング３６に対する相対移動に伴って減衰力を発生させる。例えば、ピストンのピストンロッド７８には、ナット部材４４が連結されるため、ナット部材４４の上下方向の移動に伴って減衰力が発生させられる。
【００１２】
回転伝達装置８は変速比可変型の回転伝達装置であり、本実施例においては、無段変速機構を有する。回転伝達装置８は、上下方向力発生装置４のねじ軸４２に設けられた可変プーリ９０と、電動モータ６の回転軸５０に設けられた可変プーリ９２と、これらの間に掛け渡されたベルト９４とを含む。本実施例においては、サスペンション側回転軸とねじ軸４２とが一体的に設けられ、モータ側回転軸と電動モータ６の回転軸５０とが一体的に設けられる。
可変プーリ９０は、ねじ軸４２に形成された固定回転体１００と、ねじ軸４２に対して相対移動可能に設けられた可動回転体１０２と、可動回転体１０２を移動させる液圧シリンダ１０４とを含む。液圧シリンダ１０４は、ねじ軸４２に固定されたハウジング１０６と、ハウジング１０６に液密かつ摺動可能に設けられたピストン部材１０８とを含み、ピストン部材１０８に可動回転体１０２が相対移動不能に取り付けられる。ねじ軸４２には、軸方向（軸線ＬS方向）に延びる液通路１１０が形成され、液室１１２に連通させられる。液室１１２に作動液が供給されるとピストン部材１０８および可動回転体１０２が固定回転体１００に接近し、固定回転体１００，可動回転体１０２の間に形成されるＶ字溝１１４の幅が小さくされる。液室１１２から作動液が流出させられるとピストン部材１０８および可動回転体１０２が固定回転体１００から離間し、Ｖ字溝１１４の幅が大きくされる。
電動モータ６の回転軸５０に設けられた可変プーリ１０２も同様に、固定回転体１２０，可動回転体１２２、液圧シリンダ１２４等を含む。液圧シリンダ１２４において、回転軸５０に固定されたハウジング１２６に、ピストン部材１２８が液密かつ摺動可能に嵌合され、ピストン部材１２８に可動回転体１２２が保持される。可動回転体１２２は液室１３０における作動液の流入・流出により、固定回転体１２０に接近、離間させられ、固定回転体１２０と可動回転体１２２との間のＶ字溝１３２の幅が小さくされたり、大きくされたりする。可動回転体１２２とハウジング１２６との間にはスプリング１３４が設けられる。なお、回転軸５０には、軸線ＬM方向に延びた液通路１３５が設けられ、液室１３０に連通させられる。
本実施例においては、可変プーリ９０においてベルト９４の掛かり径が調整され、可変プーリ９２においてベルト９４の張力が調整される。可変プーリ９０において、Ｖ字溝１２２の幅が小さくされて掛かり径が大きくされると、可変プーリ９２において、Ｖ字溝１３２の幅が大きくされて掛かり径が小さくされる。
【００１３】
液室１１２，１３０には、液圧回路１４０が接続される。液圧回路１４０は、リザーバ１４２の作動液を汲み上げて吐出するポンプ１４４と、ポンプ１４４を駆動するポンプモータ１４５と、ポンプ１４４の吐出側と、リザーバ１４２と、液室１１２，１３０の各々との間に、それぞれ、設けられた弁装置１４６，１４８とを含む。弁装置１４６，１４８は、それぞれ、液室１１２，１３０へ供給される作動液の圧力を電気信号に応じて制御可能なものであり、例えば、圧力制御弁とすることができる。
なお、弁装置１４６，１４８は、液室１１２，１３０における作動液の流入流量、流出流量も制御可能なものとすることができ、その場合には、圧力制御弁と流量制御弁との両方を含むものとなる。
【００１４】
図２に示すように、電動モータ６は３相のコイル１５０，１５２，１５４がスター結線（Ｙ結線）された３相ブラシレスＤＣモータであり、インバータ１５６の制御によって制御される。インバータ１５６は、図示するように一般的なものであり、電動モータ６のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各コイル１５０，１５２，１５４のhigh側（高電位側），low側（低電位側）にそれぞれ対応する６つのスイッチング素子ＨＵＳ，ＨＶＳ，ＨＷＳ，ＬＵＳ，ＬＶＳ，ＬＷＳと、それらスイッチング素子を開閉制御するスイッチング素子制御回路１６０とを含む。これら６つのスイッチング素子ＨＵＳ，ＨＶＳ，ＨＷＳ，ＬＵＳ，ＬＶＳ，ＬＷＳは、コンバータ１６２を介して蓄電装置１６４に接続される。スイッチング素子制御回路１６０は、モータ回転角（電気角）に基づいてスイッチング素子を開閉作動させるのであり、複数のスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することによって、電動モータ６に流れる電流量を制御する。スイッチング素子制御回路１６０がパルスオン時間ＴONとパルスオフ時間ＴOFFとによって定まるデューティ比Ｒduty（＝ＴON／（ＴON＋ＴOFF））を変更することで、電動モータ６を流れる電流量が制御され、回転トルクの大きさが制御される。具体的には、デューティ比が大きくされると、電流量が大きくされて、電動モータ６に発生する回転トルクが大きくされる。
電動モータ６が発電機として機能して生じた起電力は、蓄電装置１６４に回生可能とされており、それによって、電磁サスペンション１０の相対移動を抑制することができる。
【００１５】
本実施例における電動モータ６のＴ−Ｎ特性（トルク・回転数特性）を、図６に示す。図に示すように、力行運転時には、回転数ＮMが大きくなると出力可能なトルクが小さくなり、回生運転時には、回転数ＮMが小さくなると出力可能なトルクが小さくなる。また、図に示すように、本実施例における電動モータ６のＴ−Ｎ特性については、回転数と出力可能トルクとの関係が直線で表される関係にある。この特性を有する電動モータ６は、上限回転数ＮMAXより大きい速度で回転しても、駆動トルクが発生することはない。そのため、力行運転時には、上限回転数ＮMAXを越えない範囲で、使用するのが普通である。なお、電動モータ６が上限回転数ＮMAXより大きい速度で回転している状態においては、発電機として作動するため、伸縮機構２０のばね上部１４とばね下部１２との間の距離の変化速度（以下、伸縮機構２０の伸縮速度、あるいは、上下ストローク速度と略称する）に応じた減衰力を加えることは可能である。
【００１６】
図３に示すように、サスペンション制御ＥＣＵ１７０は、実行部，入出力部，記憶部等を備えたコンピュータを主体として構成されたものであり、入出力部には、車高センサ１７２，蓄電装置１６４の蓄電量を検出する蓄電量センサ１７４、上下方向力制御用検出装置１７５等が接続されるとともに、上述のスイッチング素子制御回路１６０，液圧回路１４０のポンプモータ１４５、弁装置１４６，１４８のソレノイド等が図示しない駆動回路を介して接続されている。また、スイッチング素子制御回路１６０には、電動モータ６の回転角度を検出する回転角度センサ（例えば、レゾルバ）１７６が接続されている。
車高センサ１７２は、前後左右の各輪毎に設けられ、各々のばね上部１４のばね下部１２に対する相対位置である車高を検出するものである。検出値を時間で微分すれば、車高の変化速度、すなわち、上下ストローク速度を取得することができる。
蓄電量センサ１７４は、蓄電装置１６４に実際に蓄えられている電力量（蓄電量）を検出するものである。蓄電量に基づけば、蓄電装置１６４に充電可能（供給可能）な電力量（充電量）を取得することができる。通常、蓄電装置１６４には、予め定められた設定量以上の電力が蓄えられているように維持される。そのため、実際の蓄電力が設定量より少ない場合には、蓄電量が不足しており、速やかに充電すべき状態であるとすることができる。
上下方向力制御用検出装置１７５には、例えば、上述の車高センサ、前後左右の各輪毎に設けられ、ばね上部１８の上下加速度を検出するばね上加速度センサ、車両の横加速度を検出する横加速度センサ、前後加速度を検出する前後加速度センサ等が含まれる。これらセンサのうちの１つ以上の検出値に基づいて上下方向力が制御される。
記憶部には、図４のフローチャートで表される電動モータ制御プログラム、図５のフローチャートで表される変速比制御プログラム等の複数のプログラムやデータ等が記憶されている。
【００１７】
以上のように構成された電磁サスペンションにおいて、電動モータ６が、蓄電装置１６４から電力が供給されることによって駆動されると、回転軸５０の回転が回転伝達装置８を介してねじ軸４２に伝達されて、ねじ軸４２が回転させられる。電動モータ６の駆動トルクはねじ軸４２に伝達され、ナット部材４４を介して円筒部材５８に上下方向力として加えられる。円筒部材５８に加えられた上下方向力は、上下力伝達装置６４を介してシリンダ筒３２に加えられたり、液圧式ショックアブソーバ１６のピストンに加えられたりする。この力は、ばね上部１４とばね下部１２との間の接近・離間力（上下方向力）として作用する。
本実施例においては、振動抑制制御、ロール抑制制御，ピッチ抑制制御を合わせた制御が実行される。前後左右の各輪毎に、これら振動抑制制御，ロール抑制制御，ピッチ抑制制御の各々において目標上下方向力が求められ、それぞれにおいて求められた目標上下方向力の合計が出力されるように、電動モータ６への供給電流（インバータ１５６）が制御される。
【００１８】
振動抑制制御において、目標上下方向力（振動抑制用目標値）が、ばね上部１４の振動を抑制可能な向き、大きさに決定される。ばね上加速度センサによる検出値に基づいてばね上絶対速度が取得され、そのばね上絶対速度に予め定められたゲイン（減衰係数）を掛けた値が振動抑制用目標値の大きさとされる。また、振動抑制用目標値の向きは、ばね上部１４のストロークの向きと逆向きとされる。なお、振動抑制制御は、ばね上絶対速度の大きさが予め定められた設定値以上になった場合等の開始条件が満たされた場合に行われるようにしても、車両の走行中に、常に行われるようにしてもよい。
ロール抑制制御において、目標上下方向力（ロール抑制用目標値）が、車両の旋回時に生じるロールモーメントを抑制可能な向き、大きさに決定される。ロール抑制用目標値の向きは、旋回内輪側については、ばね上部１４とばね下部１２とが接近する向きとされ、旋回外輪側については、離間する向きとされる。また、大きさは、車両に作用する横加速度の絶対値にゲインを掛けた大きさとされる。なお、ロール抑制制御は、横加速度の絶対値が予め定められた設定値以上である場合に実行される。
ピッチ抑制制御において、目標上下方向力（ピッチ抑制用目標値）が、車体の駆動時、制動時に生じるピッチモーメントを抑制可能な向き、大きさに決定される。例えば、駆動時において、ピッチ抑制用目標値の向きは、前輪側については、ばね上部１４とばね下部１２とが接近する向きとされ、後輪側については、離間する向きとされる。また、大きさは、車両に作用する前後加速度の絶対値にゲインを掛けた大きさとされる。なお、ピッチ抑制制御は、前後加速度の絶対値が予め定められた設定値以上である場合に実行される。
前後左右の各輪の電磁サスペンションの各々における目標上下方向力は、振動抑制用目標値、ロール抑制用目標値、ピッチ抑制用目標値の和の値とされる。
【００１９】
また、路面入力等によって上下方向力発生装置４に上下方向の力が加えられると、円筒部材５８，ナット部材４４を介してねじ軸４２にトルクが加えられる。ねじ軸４２が回転させられると、回転が回転伝達装置８を介して電動モータ６に伝達される。電動モータ６の回転軸５０が回転させられ、発電機として機能する（電動モータ６がフリーな状態でない場合）。電動モータ６においては、電磁誘導により電動モータ６の回転数に応じた起電力が生じ、回転伝達装置８を介してねじ軸４２に加えられる。ねじ軸４２に加えられる抵抗力は、電動モータ６の回転数、すなわち、上下ストローク速度に応じた力であり、減衰力として作用する。また、発電機として機能する場合に、起電力が蓄電装置１６４に蓄えられる場合には、それによって抵抗力が加えられる。
【００２０】
本実施例において、回転伝達装置８における変速比εは、図７(a)〜(c)に示すように、上下ストローク速度、電動モータ６の運転状態等に基づいて制御される。運動変換機構６０により、ねじ軸４２の回転数と上下ストローク速度の絶対値（車高センサ１７２による検出値の時間に対する微分値の絶対値）とは１対１に対応する。
変速比εは、下式のように表すことができる。
ε＝ＲM／ＲS＝ωS／ωM＝ＴM／ＴS
上式で、ＲM、ＲSは、それぞれ、電動モータ側（可変プーリ９２）、伸縮機構（サスペンション）側（可変プーリ９０）のベルト９４の掛け径であり、ωM、ＴMは、それぞれ、電動モータ６の回転角速度、回転トルクを表し、ωS、ＴSは上下方向力発生装置４のねじ軸４２の回転角速度、回転トルクを表す。
なお、上式から、回転伝達装置８において、変速比εro（ωS／ωM）とトルク比εtq（ＴS／ＴM）との間には、関係式
εro・εtq＝１
が成立することがわかる。本実施例における回転伝達装置８においては、変速比が変化すると、それに伴ってトルク比も変化する。
【００２１】
図７(a)に示すように、通常作動状態において、変速比εは基準値ε0（例えば、１とすることができる）とされる。通常作動状態とは、車両の通常の走行状態であり、上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖth以下の状態である。設定値Ｖthは、変速比εが基準値ε0である場合に、電動モータ６の回転数ＮMが上限回転数ＮMAX（図６参照）となる速度である。
ε0＝ＲM0／ＲS0＝ωS0／ωM0＝ＴM0／ＴS0
しかし、変速比が基準値ε0である状態において、上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖthより大きく、電動モータ６の回転数ＮMが上限回転数ＮMAXより大きくなる場合には、図７(b)に示すように、回転伝達装置８の変速比εが大きくされて、εHとされる。回転伝達装置８において、可変プーリ９０におけるベルト９４の掛かり径ＲSが小さくされ、可変プーリ９２におけるベルト９４の掛かり径ＲMが大きくされて張力の調整が行われる（εH＝ＲMH／ＲSH）。
その結果、上下ストローク速度の絶対値が大きくても、電動モータ６の回転数を小さくすることができ、例えば、図６に示す回転数ＮMHとすることができる。この場合には、上下方向力発生装置４には、
ＴSH＝ＴMH／εH
で表される大きさのトルクＴSHが加えられる。
【００２２】
それに対して、蓄電装置１６４の蓄電量Ｑが設定値Ｑthより少ない場合と、蓄電量Ｑの減少勾配（−ｄＱ／ｄｔ）が予め定められた設定勾配（ΔＱth）以上である場合との少なくとも一方の場合には、速やかに、蓄電装置１６４に電力を充電する必要があるとされて、回生運転が行われる。その場合には、図７(c)に示すように、変速比εが小さくされて、εLとされる。回転伝達装置８において、可変プーリ９０におけるベルト９４の掛かり径ＲSが大きくされ、可変プーリ９２におけるベルト９４の掛かり径ＲMが小さくされて張力の調整が行われる（εL＝ＲML／ＲSL）。ねじ軸４２の回転数ＮSに対して電動モータ６の回転数ＮMが大きくされる。
回生運転においては、電動モータ６の回転数が大きい方が大きな起電力が得られるため、望ましい。そのため、電動モータ６の回転数ＮMが図６に示す回生対応設定速度Ｎthrより小さい場合（ＮM＜Ｎthr）には回生運転が行われないのが普通である。それに対して、本実施例においては、回生運転時に変速比εが小さくされるため上下ストローク速度の絶対値が小さくても、電動モータ６の回転数ＮMを大きくすることができ、従来、行われなかった場合にも回生運転が行われるようにすることができる。また、従来、回生運転が行われている領域においても、電動モータ６の回転数を大きくすることができるため、その分、発生させられる起電力を大きくして、効果的に蓄電装置１６４に電力を充電することができる。なお、この場合には、回生運転によって発生させられる回生制動トルクは回転伝達装置８を介して上下方向力発生装置４に伝達される。それによって、電磁サスペンションの伸縮を抑制することができる。
なお、本実施例における電磁サスペンションがハイブリッド車両あるいは電気自動車に設けられている場合において、蓄電装置１６４が駆動用の電動モータと共通のものである場合には、駆動用の電動モータが作動させられている場合（蓄電装置１６４から駆動用の電動モータに電力が供給されている場合）に、回生運転が行われるようにすることができる。この場合には、蓄電量の低下勾配が設定勾配以上である場合に該当する。
【００２３】
図４の電動モータ制御プログラムは、車両の走行中において、予め定められた設定時間毎に実行される。
ステップ１（以下、Ｓ１と略称する。他のステップについても同様とする）において、蓄電量が検出され、充電要求があるか否かが判定される。前述のように、蓄電量Ｑが設定量Ｑthより少ない場合と蓄電量Ｑの減少勾配（−ｄＱ／ｄｔ）が設定勾配（ΔＱth）以上である場合との少なくとも一方の場合に、充電要求があると判定されるのである。充電要求がない場合には、Ｓ２において、上下方向力の制御要求があるか否かが判定される。上下方向力の制御が、前述のように、予め定められた開始条件が満たされた場合に実行される場合には、その開始条件が満たされた場合に制御要求があると判定される。車両の走行中において、上下方向力の制御が常に行われる場合には、Ｓ２の判定は常にＹＥＳとなる。
上下方向力の制御要求がある場合には、Ｓ３において、その車輪について、その電動モータ６への供給電流の制御（インバータ１５６の制御）が、目標上下方向力が得られるように行われる。それに対して、充電要求がある場合には、Ｓ４において、回生運転が行われる。電動モータ６において発生させられた起電力が蓄電装置１６４に供給されるように、インバータ１５６が制御される。この場合には、前述の上下方向力の制御は行われない。
【００２４】
図５のフローチャートで表される変速比制御プログラムは、車両の走行中において、予め定められた設定時間毎に実行される。
Ｓ１１において、上述の場合と同様に、充電要求があるか否かが判定される。充電要求がない場合には、Ｓ１２において、車高センサ１７２による検出値Ｈの微分値（dＨ／dｔ）に基づいて上下ストローク速度が取得され、Ｓ１３において、上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖthより大きいか否かが判定される。設定値Ｖth以下である場合には、Ｓ１４において、回転伝達装置８において、変速比εが１（基準値）とされ、設定値Ｖthより大きい場合には、Ｓ１５において、変速比εが１（基準値）より大きい値εHとされる。
それに対して、充電要求がある場合には、Ｓ１６において、変速比εが１（基準値）より小さい値εLとされる。
【００２５】
以上のように、本実施例においては、図８(a)の実線が示すように、上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖthより大きい場合は設定値Ｖth以下の場合より変速比εが大きくされる。その結果、図８(b)の実線が示すように、電動モータ６の回転数ＮMが過大になることを回避することができ、上下ストローク速度の絶対値が大きくても、適切なトルクを加えることができる。
また、電動モータ６の回転数ＮMが過大になることが回避されるため、電動モータ６を、上限回転数ＮMAXが小さい特性のものとすることがでる。その結果、電動モータ６のコストダウンを図ることができる。
さらに、電動モータ６を制御するインバータ１５６のスイッチの切り換え速度を遅いものとすることができ、スイッチング素子制御回路１６０を演算速度が遅いものとすることができる。その結果、インバータ１５６，スイッチング素子制御回路１６０のコストダウンを図ることが可能となる。また、インバータ１５６のスイッチの切り換え回数を少なくできるため、その分、寿命を長くできるという利点もある。
さらに、回生運転時に、上下ストローク速度の絶対値に対して電動モータ６の回転数ＮMを大きくすることができるため、大きな起電力を発生させることができ、蓄電装置１６４に電気エネルギを効果的に充電することが可能となる。
本実施例においては、ねじ軸４２が回転部材に対応し、ナット部材４４が非回転部材に対応する。
また、サスペンションＥＣＵ１７０の図５の変速比制御プログラムのＳ１２，１３，１５を記憶する部分、実行する部分等により高速移動時変速比制御部が構成され、Ｓ１１，１６を記憶する部分、実行する部分等により回生運転時変速比制御部が構成される。高速移動時変速比制御部は、変速比増加部でもある。
さらに、サスペンションＥＣＵ１７０の図５の変速比制御プログラムのＳ１４〜１６を記憶する部分、実行する部分、可変プーリ９０，９２、液圧回路１４０等により溝幅変更部が構成される。
【００２６】
なお、上述の上下ストローク速度の絶対値の設定値Ｖthは、電動モータ６の上限回転数ＮMAXに対応する速度より小さい値とすることもできる。それにより、電動モータ６の回転数が上限回転数ＮMAXを越えることを良好に回避することができる。
また、変速比εの制御は、上記実施例におけるそれに限らない。例えば、変速比εを図８(a)の一点鎖線が示すように上下ストローク速度の絶対値の増加に伴って大きくなる値とすることもできる。そのようにすれば、例えば、電動モータ６の回転数ＮMを一定に保持することが可能となる。この場合には、変速比εと上下ストローク速度の絶対値との関係をテーブル化して予め記憶部に記憶させておくことが望ましい。また、変速比εは、上下ストローク速度の絶対値が大きい場合は小さい場合より大きくなるように制御することができる。それによって、電動モータ６の回転数を相対的に小さくすることが可能となる。さらに、変速比εは、電動モータ６の回転数が所望の大きさとなるように制御することもできる。
さらに、蓄電装置１６４に実際に蓄えられている蓄電量と、蓄電量の減少勾配との少なくとも一方に基づいて、蓄電装置１６４における充電要求の程度を取得し、その充電要求の程度が強い場合は弱い場合より、変速比εを小さくすることができる。例えば、蓄電量が少ない場合は多い場合より変速比εを小さくしたり、減少勾配が大きい場合は小さい場合より変速比εを小さくしたりすることができる。それによって、充電要求が強い場合に弱い場合より、電動モータ６の回転数を、ねじ軸４２の回転数に対してより大きくすることができる。
また、上記実施例においては、ねじ軸４２が回転部材とされ、ナット部材４４が非回転部材とされていたが、ナット部材４４が回転部材とされ、ねじ軸４２が非回転部材とされた電磁サスペンションに適用することもできる。
さらに、上記実施例において、電動モータ６が、トルクと回転数との関係が直線で表される特性を有するものであったが、トルクと回転数との関係が曲線で表される特性を有するものに適用することもできる。
また、電動モータ６を減速機付き電動モータとしたり、モータ軸５０とモータ側回転軸との間に変速機を設けたりすることができる。さらに、伸縮機構２０においてねじ軸４２とサスペンション側回転軸と間の変速機を設けることもできる。また、上下方向力の制御の態様は、上記実施例におけるそれに限らない。
【００２７】
さらに、上記実施例においては、回転伝達装置が可変プーリを含む無段変速機構を有するものであったが、遊星歯車機構を有するものとすることができる。その場合の一例を図９に示す。
本実施例においては、上下方向力発生装置２００が、ばね上部１４とばね下部１２との間に、サスペンションスプリングとしてのコイルスプリング２０２と並列に設けられる。上下方向力発生装置２００は、ばね上部１４に原則として上下方向に相対移動不能に設けられた内筒２０４と、ばね下部１２に原則として上下方向に相対移動不能に設けられた外筒２０６と、一対のねじ軸２０８およびナット部材２１０とを含む。ねじ軸２０８は、内筒２０４に軸受け２１２を介して相対回転可能に保持され、主電動モータ２２０の出力軸２２４が回転伝達装置２２６を介して接続される。ねじ軸２０８はナット部材２１０を貫通して設けられ、ねじ軸２０８の外周面、ナット部材２１０の内周面に設けられたねじ部の間に設けられたボールを介して、互いに螺合される。
ナット部材２１０は、円筒状の伝達部材２３０に固定され、伝達部材２３０が外筒２０６に固定される。また、内筒２０４が外筒２０６に対して回り止め機構２３２を介して、相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に保持される。それによって、ナット部材２１０の相対回転が阻止される。これらねじ軸２０８、ナット部材２１０、回り止め機構２３２等により運動変換機構２３４が構成される。
サスペンションスプリング２０２は、ばね上部１４（内筒２０４）に固定された上部リテーナ２４０と外筒２０６に固定された下部リテーナ２４２との間に設けられる。
【００２８】
回転伝達装置２２６は変速比可変型の装置であり、遊星歯車機構を有する。回転伝達装置２２６は、サンギヤ２５０，リングギヤ２５２，３つのプラネタリギヤ２５４，サスペンション側ギヤ２５６等を含む。サスペンション側ギヤ２５６は、リングギヤ２５４の外周面に噛合した状態で設けられる。
主電動モータ２２０の回転軸２２４にはサンギヤ２５０が相対回転不能に取り付けられ、ねじ軸２０８にはサスペンション側ギヤ２５６が相対回転不能に取り付けられる。本実施例においては、サンギヤ２５０、リングギヤ２５２（サスペンション側ギヤ２５６）の間で回転が伝達される。
３つのプラネタリギヤ２５４は、サンギヤ２５０の外周部に噛合し、かつ、リングギヤ２５２の内周部に噛合した状態で設けられ、軸方向の両側に設けられた一対の連結部材（プラネタリギヤキャリア）２５８、２５９によって、各々相対回転可能に連結される。連結部材２５８には、副電動モータ２６０の出力軸が固定される。以下、連結部材２５８，２５９を合わせて、あるいは、連結部材２５８，２５９のいずれか一方を、プラネタリギヤキャリアと称することがある。
本実施例においては、主電動モータ２２０の制御により、電磁サスペンション２００に加えられる上下方向力が制御され、副電動モータ２６０の制御により、回転伝達装置２２６における変速比εが変えられる。
【００２９】
本実施例において、リングギヤ２５２とサスペンション側ギヤ２５６とのギヤ比γが、式
γ＝−ＺR′／ＺS＝ωS／ωR＝ＴR／ＴS
で表される。ここで、ωS、ＺS、ＴSはサスペンション側ギヤ２５６の回転角速度、歯数、トルクであり、ωR、ＺR′、ＴRは、リングギヤ２５２の回転角速度、歯数（外側）、トルクである。
また、遊星歯車機構において、プラネタリギヤキャリア２５８の回転が阻止された状態において、リングギヤ２５２とサンギヤ２５０（電動モータ側）との間の変速比εPを、式
εP＝−ＺM／ＺR＝ωR／ωM＝ＴM／ＴR
で表す。ここで、ωM、ＺM、ＴMは、サンギヤ２５０の回転角速度、歯数、トルクであり、ＺRは、リングギヤ２５２の内側の歯数である。
これらの関係から、回転伝達装置２２６における変速比ε｛サスペンション側ギヤ２５６の回転角速度（電磁サスペンション２００のねじ軸２０８の回転角速度ωS）のサンギヤ２５０の回転角速度（主電動モータ２２０の回転角速度ωM）に対する比率（ωS／ωM）｝は、式
ε＝εP・γ
で表すことができる。この式から、ギヤ比γが１である場合には、遊星歯車機構における変速比εPと回転伝達装置２２６の変速比εとは同じになるが、ギヤ比γは１でなくても、固定値であるため、遊星歯車機構における変速比εPと回転伝達装置２２６の変速比εとは１対１に対応する。
なお、回転角速度、トルクは、大きさおよび向きを有する値であり、方向が逆である場合には、符号（＋、−）が逆になる。本実施例において、ギヤ比γ、遊星歯車機構における変速比εPは負の値である。リングギヤ２５２の回転方向とサスペンション側ギヤ２５６の回転方向とは逆であり、リングギヤ２５２の回転方向とサンギヤ２５０の回転方向とは逆である。
以下、説明を簡単にするため、遊星歯車機構における変速比εPについて説明する。
【００３０】
図１０(a)に示すように、副電動モータ２６０により、プラネタリギヤ２５４の公転が阻止された場合（プラネタリキャリア２５８の回転が阻止されている場合であって、副電動モータ２６０の回転が阻止されている場合）には、プラネタリギヤ２５４は、その位置で、自転させられる。
遊星歯車機構における変速比εP0は、上述のように、式
εP0＝−ＺM／ＺR＝ωR0／ωM0＝ＴM／ＴR
で表される値となる。
図１０(b)、(c)に示すように、プラネタリギヤ２５４がサンギヤ２５０に対して公転させられる場合（プラネタリキャリア２５８が回転させられる場合であって、副電動モータ２６０が回転させられる場合）には、プラネタリギヤ２５４は、自転しつつ公転する。この場合のリングギヤ２５２の回転角速度ωRは、プラネタリギヤ２５４の公転速度（プラネタリキャリアの回転角速度）ωCとした場合に、式
ωR＝−（ＺM／ＺR）・（ωM−ωC）＋ωC＝εP0（ωM−ωC）＋ωC
で表されることが知られている。また、この式から、プラネタリギヤ２５４の公転速度が０でない場合の変速比εPは、式
εP＝ωR／ωM＝εP0−εP0｛ωC／ωM−ωC／（ωM・εP0）｝
となる。
図１０(b)に示すように、プラネタリギヤ２５４がサンギヤ２５０と逆方向に公転させられる場合には、回転角速度ωMと回転角速度ωCとで符号が逆になる。その結果、リングギヤ２５２の回転角速度ωRは、サンギヤ２５０の回転角速度ωMの大きさが同じ場合に、プラネタリギヤ２５４の公転が阻止された状態より大きくなり、変速比εP（ωR／ωM）の絶対値は、公転が阻止される場合より、大きくなってεPHとなる。また、プラネタリギヤ２５４の逆方向の公転速度ωCが大きい場合は小さい場合よりリングギヤ２５２の回転角速度ωRが大きくなり、変速比εPHの絶対値もより大きくなる。
｜εPH｜＝｜ωRH／ωM｜＞｜εP0｜
図１０(c)に示すように、プラネタリギヤ２５４がサンギヤ２５０と同じ方向に公転させられる場合には、回転角速度ωMと回転角速度ωCとで符号が同じになる。変速比εPの絶対値は、公転が阻止される場合より、小さくなってεPLとなる。リングギヤ２５２の回転角速度ωRは、プラネタリギヤ２５４の公転が阻止された状態より小さくなる。
｜εPL｜＝｜ωRL／ωM ｜＜｜εP0｜
この場合に、公転速度ωCが大きい場合（フリーな状態に近い場合）は小さい場合より、リングギヤ２５４の回転角速度ωRLが小さくなる。
【００３１】
図１１に示すように、サスペンションＥＣＵ２８０は、コンピュータを主体とするものであり、入出力部、実行部、記憶部等を含み、入出力部には、車高センサ１７２，蓄電量センサ１７４，上下方向力制御用検出装置１７５が接続されるとともに、２つのスイッチング素子制御回路２８４，２８６が接続されている。スイッチング素子制御回路２８４は、主電動モータ２２０に対応して設けられたインバータ２９０を制御するコンピュータで、スイッチング素子制御回路２８６は、副電動モータ２６０に対応して設けられたインバータ２９２を制御するコンピュータである。
主電動モータ２２０，副電動モータ２６０は、上記実施例における場合と同様に、ブラシレスＤＣモータであり、インバータ２９０，２９２の構造も上記実施例における場合と同様である。蓄電装置１６４は、電動モータ２２０，２６０で共通である。また、スイッチング素子制御回路２８４，２８６には、それぞれ、主電動モータ２２０，副電動モータ２６０の回転角度を検出する回転角度センサ２９４，２９６が接続されている。
【００３２】
本実施例においては、図４のフローチャートで表される電動モータ制御プログラムに従って、主電動モータ２２０が制御され、図１２のフローチャートで表される変速比制御プログラムに従って副電動モータ２６０が制御される。このことから、主電動モータを上下方向力制御用モータと称し、副電動モータ２６０を速度制御用モータあるいは変速比制御用モータと称することができる。
図１２のフローチャートで表される変速比制御プログラムと、図５のフローチャートで表される変速比制御プログラムとで、同じ実行が行われるステップには同じステップ番号を付して説明を省略する。
Ｓ２０において、主電動モータ２２０が運転中であるか否かが判定される。主電動モータ２２０は、力行運転している場合や回生運転している場合がある。
主電動モータ２２０が運転中である場合には、Ｓ１１において、蓄電装置１６４について充電要求があるか否かが判定され、充電要求がない場合には、Ｓ１２，１３において、上下ストローク速度の絶対値が設定値Ｖthより大きいか否かが判定される。設定値Ｖth以下である場合には、Ｓ１４′において、副電動モータ２６０の制御により、プラネタリギヤ２５４の公転が阻止され、設定値Ｖthより大きい場合には、Ｓ１５′において、副電動モータ２６０の制御によりプラネタリギヤ２５６が予め定められた設定速度でサンギヤ２５０と逆方向に公転させられる。それによって、主電動モータ２２０の回転数ＮMをねじ軸２０８の回転数ＮSに対して小さくすることができる。また、充電要求があると判断されて、回生運転が行われる場合には、Ｓ１６′において、副電動モータ２６０の制御により、プラネタリギヤ２５４がサンギヤ２５０と同じ方向に予め定められた設定速度で公転させられる。それによって、主電動モータ２２０の回転数ＮMをねじ軸２０８の回転数ＮSに対して大きくすることができる。
本実施例においては、サスペンションＥＣＵ２８０のうちＳ１４′，１５′，１６′を記憶する部分、実行する部分等によりプラネタリギヤキャリア回転制御部が構成される。
【００３３】
なお、上記実施例においては、公転速度が固定値とされていたが、公転速度の大きさをその都度決めることもできる。例えば、プラネタリギヤ２５４のサンギヤ２５０と逆方向の公転速度を大きくすれば、上下ストローク速度の絶対値に対する主電動モータ２２０の回転数を小さくすることができるため、上下ストローク速度の絶対値が大きい場合は小さい場合より、プラネタリギヤ２５４の逆方向の公転速度が大きくなるようにすることができる。また、プラネタリギヤ２５４のサンギヤ２５０と同方向の公転速度を大きくすれば、ねじ軸４２の回転数に対する主電動モータ２２０の回転数を大きくすることができる。例えば、充電要求が強い場合は弱い場合より同方向の公転速度を大きくすることができる。蓄電量が少ない場合に多い場合より回転数を大きくしたり、減少勾配が大きい場合に小さい場合より回転数を大きくしたりするのである。これらの場合には、プラネタリギヤキャリア２５８の回転速度と上下ストローク速度の絶対値との関係、回転速度と充電要求の程度との関係を、予めテーブル化して記憶させておくことができる。
【００３４】
また、上記実施例においては、プラネタリギヤ２５４の回転状態の制御が、副電動モータ２６０によって行われるようにされていたが、ブレーキによって行われるようにすることができる。その場合の一実施例を図１３に示す。本実施例においては、副電動モータ２６０は不要である。
図１３において、プラネタリギヤ２５４は、一対の連結部材（プラネタリギヤキャリア）３００，３０２によって互いに相対回転可能に連結されるのであるが、本実施例においては、プラネタリギヤ２５４を相対回転可能に保持する軸３０４が、連結部材３００，３０２の端面から突出しない状態で設けられる。
また、遊星歯車機構、電動モータ２２０，２６０等を保持するハウジング３１０に、連結部材３００，３０２の各々に対応して、それぞれ、ブレーキ３１２，３１４が設けられる。ブレーキ３１２，３１４は、構造が同じものであり、それぞれ、摩擦部材３２０と、ブレーキシリンダ３２２とを含む。ブレーキシリンダ３２２の液圧室３２４に作動液が供給されると、ピストン３２６が前進させられ、摩擦部材３２０が連結部材３００，３０２とそれぞれ摩擦係合させられ、連結部材３００，３０２の回転が抑制される。液圧室３２４から作動液が流出させられると、ピストン３２６が後退させられ、連結部材３００，３０２の回転が許容される。
【００３５】
液圧室３２４には、液圧回路３４０が接続される。液圧回路３４０は、リザーバ３４２の作動液を汲み上げて加圧するポンプ３４４，ポンプ３４４を駆動するポンプモータ３４６，ポンプ３４４の吐出側と液圧室３２４との間に設けられた供給制御バルブ３４８，液圧室３２４とリザーバ３４２との間に設けられた排出制御バルブ３５０等を含み、供給制御バルブ３４８，排出制御バルブ３５０の制御により、液圧室３２４の液圧が制御される。
液圧室３２４の液圧の制御により、連結部材３００，３０２の回転、すなわち、プラネタリギヤ２５４の公転の状態を制御することができる（公転を阻止する状態、自由な公転を許容する状態、公転に制限を加える状態）。本実施例においては、ブレーキ３１２，３１４の液圧室３２４の液圧は共通に制御される。
このように、ブレーキ３１２，３１４の液圧の制御により、プラネタリギヤ２５４のサンギヤ２５０と同方向の回転を許容する状態と制限を加える状態とに切り換えることができるのであり、変速比εPをεP0と０との間（εP0＜εP＜０）で変えることができるのであり、リングギヤ２５２の回転角速度ωRを、εP0・ωM＜ωR＜０の間で、制御することが可能となる。
【００３６】
なお、ブレーキ３１２，３１４は、ソレノイド、電動モータ等で駆動する電動ブレーキとすることもできる。
また、図９，１３の電磁サスペンションにおいて、電動モータ２２０の回転軸線ＬMと上下方向力発生装置２００の軸線ＬSとは同軸上に設けることもできる。
その他、本発明は、上述に記載の態様の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例である電磁サスペンションを概念的に示す断面図である。
【図２】上記電動モータを制御するスイッチング回路を示す図である。
【図３】上記電磁サスペンションに含まれるサスペンションＥＣＵの周辺を示す図である。
【図４】上記サスペンションＥＣＵの記憶部に記憶された電動モータ制御プログラムを表すフローチャートである。
【図５】上記サスペンションＥＣＵの記憶部に記憶された変速比制御プログラムを表すフローチャートである。
【図６】上記電動モータのＴ−Ｎ特性を示す図である。
【図７】上記回転伝達装置の状態を概念的に示す図である。
【図８】(a)上下ストローク速度の絶対値と回転伝達装置の変速比との関係を示す図である。(b)上下ストローク速度の絶対値と電動モータの回転数との関係を示す図である。
【図９】本発明の別の一実施例である電磁サスペンションを概念的に示す断面図である。
【図１０】上記回転伝達装置の状態を示す図である。
【図１１】上記電磁サスペンションに含まれるサスペンションＥＣＵの周辺を概念的に表す図である。
【図１２】上記サスペンションＥＣＵの記憶部に記憶された変速比制御プログラムを表すフローチャートである。
【図１３】本発明のさらに別の一実施例である電磁サスペンションを概念的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
４，２００：上下方向力発生装置  ６：電動モータ  ８：回転伝達装置  １２：ばね下部  １４：ばね上部  ４２：ねじ軸  ４４：ナット部材  ５０：回転軸  ６０：運動変換機構  ６４：上下力伝達装置  ９０，９２；可変プーリ  ９４：ベルト  １００，１２０：固定回転体  １０２，１２２：可動回転体  １０４，１２４：液圧シリンダ  １４０：液圧回路  １４６，１４８：弁装置  １５６，２９０，２９２：インバータ  １７０，２８０：サスペンションＥＣＵ  １７２：車高センサ  １７４：蓄電量センサ  １６０，２８４，２８６：スイッチング素子制御回路  ２０２：サスペンションスプリング  ２０８：ねじ軸  ２１０：ナット部材  ２２０：主電動モータ  ２２６：回転伝達装置  ２６０：副電動モータ  ２５０：サンギヤ  ２５２：リングギヤ  ２５４：プラネタリギヤ  ２５６：サスペンション側ギヤ  ２５８，２５９：プラネタリギヤキャリア（連結部材）  ３１２，３１４：ブレーキ  ３２０：摩擦部材  ３２２：液圧シリンダ  ３４０：液圧回路
【図１】
2009214836.tif 000003
【図２】
2009214836.tif 000004
【図３】
2009214836.tif 000005
【図４】
2009214836.tif 000006
【図５】
2009214836.tif 000007
【図６】
2009214836.tif 000008
【図７】
2009214836.tif 000009
【図８】
2009214836.tif 000010
【図９】
2009214836.tif 000011
【図１０】
2009214836.tif 000012
【図１１】
2009214836.tif 000013
【図１２】
2009214836.tif 000014
【図１３】
2009214836.tif 000015