JP2002048189A

JP2002048189A - 電磁サスペンション装置

Info

Publication number: JP2002048189A
Application number: JP2000232214A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Akami; 裕介赤見
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】アクティブ動作時には、コイル切り替え時の
不具合を解消し、パッシブ動作時には大きな減衰力を発
生することができる電磁サスペンション装置を提供す
る。【解決手段】電磁ダンパ１３をパッシブに発電機とし
て動作させる場合は、コイル結線切換装置２１の作動に
より、コイル８（コイル基礎体１０）の結線を並列結線
方式に切換設定し、界磁と対向する部分のみに通電す
る。このため、不要な電力消費の発生が抑えられ、電磁
ダンパ全体として効率の向上を図ることができる。さら
に、磁界内にあるコイル８の長さが短くなり、その分、
磁界内に存在するコイル数が多くなり（直列結線方式に
比して例えば２倍）、大きな減衰力（粘性減衰係数）を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力による振動
抑制用アクチュエータ、ダンパに係り、特に、自動車、
鉄道車両、構造物及び建造物などに用いて好適な電磁サ
スペンション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁サスペンション装置の一例と
して、直動型モータを用いた電磁サスペンション装置が
ある。この電磁サスペンション装置は、通電することに
より可動部を変位させモータを本来のモータ（アクチュ
エータ）としてアクティブに動作させる一方、モータを
発電機として使用することにより(パッシブに)減衰力を
発生させるようにしている。

【０００３】また、モータを発電機として使用した場合
の減衰力は、コイルに流れる電流の大きさに比例するの
で、減衰力を可変とするためには、コイルに流れる電流
の大きさを調整できればよい。コイルに流れる電流を調
整するには、回路に可変抵抗を設けたり、回路をオン、
オフするスイッチのオン、オフ時間を制御することなど
で容易に実現できる。また、このときは電磁サスペンシ
ョン装置に外部からエネルギーを与える必要はなく、消
費電力は非常に低く抑えることができる。

【０００４】そのため、電磁サスペンション装置の減衰
力をストローク速度に応じて可変制御したり、制御対象
の振動を抑制するようにリアルタイムに可変制御する、
いわゆるセミアクティブダンパとして構成することは比
較的容易である。

【０００５】また、電磁サスペンション装置をモータと
して使用すれば、アクチュエータとして機能するため、
発電機と機能させることにより得られるパッシブなダン
パとしての使用だけでなく、外部からエネルギーを与え
て減衰力を大きくしたり、制御力を加えてアクティブサ
スペンションとしても動作させることが可能であり、こ
のようにして制御効果を高める方法も提案されている。

【０００６】前記直動型モータを用いた電磁サスペンシ
ョン装置では、そのモータとして、例えば３相の同期型
リニアモータが用いられる。そして、この構成の電磁サ
スペンション装置は、例えばロッドを構成するコイル部
材と、アウタチューブを構成するヨーク部材や磁石部材
とが相対移動可能に組み付けられている。コイル部材は
磁石部材よりも長い寸法に設定され、磁石部材とコイル
部材との長さの差が、ダンパ（電磁サスペンション装
置）の有効ストロークとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術（同期型リニアモータを用いた電磁サスペンショ
ン装置）では、複数のコイルの結線は直列に固定されて
おり、アクティブ動作時に界磁と対向しないコイルにも
通電し、推力に貢献しない電流を流し、不要な電力消費
などを招くことが起こり得た。また、パッシブ動作時に
は、界磁によって誘起されたコイル電流が、界磁と対向
しないコイルも含めて、複数コイル全てに流れるため、
コイルの電気抵抗が大きくなり、結果として減衰力が小
さくなっていた。

【０００８】なお、アクティブ動作時に界磁と対向しな
いコイルをセンサなどにより検出し、これらのコイルに
は通電しないようにする方策も考えられる。しかし、コ
イルと磁石部材とは相対運動しており、このようなとき
にコイルへの通電を切り替える（動的にコイルへの通電
を切り替える）と、（ａ）コイルに蓄えられたエネルギ
ーを制御することは難しく、切換え時に衝撃力を発生し
やすい、（ｂ）コイル切換えのための回路構成が複雑に
なる、等解決すべき課題が多い。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、アクティブ動作時には、コイル切り替え時の上記不
具合を解消し、パッシブ動作時には大きな減衰力を発生
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
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
それぞれを相対伸縮可能に挿嵌した第１及び第２の筒部
材からなる相対伸縮部材を有し、前記第１筒部材又は前
記第２筒部材の何れか一方に、磁気回路を形成する複数
の永久磁石を軸方向に所定長さにわたって設け、他方
に、複数のコイルを軸方向に所定長さにわたって設け、
該コイルに対する制御回路の電気的制御によって前記第
１筒部材及び前記第２筒部材に対する相対変位力を得る
電磁サスペンション装置において、前記制御回路には、
前記複数のコイルを直列接続または並列接続に切換設定
可能な切換手段を設けたことを特徴とする。請求項２記
載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記相対
伸縮部材をモータ作動させるときには、切換手段によっ
て複数のコイルを直列接続し、発電作動させるときに
は、切換手段によって複数のコイルを並列接続すること
を特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、それぞれを相対伸
縮可能に挿嵌した第１及び第２の筒部材からなる相対伸
縮部材を有し、前記第１筒部材又は前記第２筒部材の何
れか一方に、磁気回路を形成する複数の永久磁石を軸方
向に所定長さにわたって設け、他方に、複数のコイルを
軸方向に所定長さにわたって設け、該コイルに対する制
御回路の電気的制御によって前記第１筒部材及び前記第
２筒部材に対する相対変位力を得る電磁サスペンション
装置において、前記複数のコイルは、軸方向に複数のセ
クションに分離構成され、前記コイルにおける複数のセ
クションをそれぞれ異ならせて発電作動またはモータ作
動を行なうことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施の形態に係る電
磁サスペンション装置を図１ないし図１１に基づいて説
明する。この電磁サスペンション装置は、自動車に用い
られている。図１及び図２において、この電磁サスペン
ション装置の基準ヨーク１は、略有底の二重筒状を成し
ている。すなわち、基準ヨーク１は、大径の筒部（以
下、外側ヨーク２という。）と、この外側ヨーク２に挿
入される円筒状のセンターヨーク３（第１筒部材）と、
外側ヨーク２及びセンターヨーク３の両者を一端側で閉
塞するように設けた底部４とから大略構成されている。
底部４には孔４ａが形成されている。センターヨーク３
は軸状に形成してもよい。

【００１３】外側ヨーク２は、底部４を介してセンター
ヨーク３に連接する外側ヨーク本体２ａと、外側ヨーク
本体２ａの先端部に嵌合して外側ヨーク本体２ａと一体
化された筒状の外側ヨーク補助部２ｂとから大略構成さ
れている。外側ヨーク本体２ａ及び外側ヨーク補助部２
ｂは略同等長さに設定されており、両者の嵌合部２ｃが
外側ヨーク２の略中心位置になるようにしている。

【００１４】外側ヨーク補助部２ｂの嵌合部２ｃの内側
及び先端部の内側には、ドライメタルなどからなる軸受
５が設けられている。外側ヨーク２とセンターヨーク３
との間には、筒状のボビン６（第２筒部材）が挿入され
ている。ボビン６は、軸受５を介して外側ヨーク２に摺
動可能とされており、基準ヨーク１（ひいてはセンター
ヨーク３）に対し相対伸縮可能になっている。以下、ボ
ビン６及び基準ヨーク１を、適宜、相対伸縮部材７と総
称する。

【００１５】本実施の形態では、基準ヨーク１の底部４
側が自動車の車体５０側（図１０）に固定され、ボビン
６の一端部（図１右側）が車軸（タイヤ５１）（図１
０）側に固定されるようになっている。基準ヨーク１及
びボビン６の間には、過大なストロークを機械的に規制
するストッパ（図示省略）が設けられている。

【００１６】ボビン６の内周側には、基端部（図１右
側）から先端部（図１左側）までの範囲にわたって、略
円筒状に形成されたコイル８が設けられている。コイル
８は、Ｙ結線されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相のコイル
群からなり、このコイル群は、略リング状に形成される
複数のコイル基礎体１０からなっている。

【００１７】複数のコイル基礎体１０は、後述するよう
に直列結線方式（図８）または並列結線方式（図９）に
切換接続されるようになっている。コイル基礎体１０
は、相順に交互に軸方向に配置されている。本実施の形
態では、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の相順でコイル基礎体１０が
配置されており、各相は後述のコントローラ２０に接続
されている。なお、ボビン６におけるコイル８の軸方向
の中心部分に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル基礎
体１０を、以下、便宜上、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の基準コイ
ル基礎体１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗという。

【００１８】ここで、複数のコイル基礎体１０の結線方
法について、コイル基礎体１０が、図８及び図９に示す
ように１２個（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ４個）ある
場合を例にして、説明する。なお、１２個のコイル基礎
体１０を区別するために、コイル基礎体１０について、
符号１０にサフィックスを付し、図８右から左に向け
て、順次、符号１０₁，１０₂、 … 、１０₁₁，１０₁₂
で示す。

【００１９】コイル基礎体１０は、永久磁石１１との間
の電磁力に貢献する２つのコイル片１０ａ，１０ｂを有
している。２つのコイル片１０ａ，１０ｂは直列接続さ
れており、コイル片１０ａの端部が端子１０ｃとされ、
コイル片１０ｂの端部が端子、１０ｄとされている。な
お、煩雑さを避けるため、コイル片１０ａ，１０ｂ及び
端子１０ｃ、１０ｄの符号は、図８及び図９中、コイル
基礎体１０₁のみに付した。

【００２０】コイル基礎体１０₁の端子１０ｃが電源の
Ｕ相端子に接続され、コイル基礎体１０₂の端子１０ｃ
が電源のＶ相端子に接続され、コイル基礎体１０₃の端
子１０ｃが電源のＷ相端子に接続されている。

【００２１】コイル８（複数のコイル基礎体１０）は、
後述するコントローラ２０に設けられるコイル結線切換
装置２１の作動により、図８に示す直列結線方式及び図
９に示す並列結線方式に切換接続されるようになってい
る。直列結線方式（図８）が選択された際、図８に示す
ように、コイル基礎体１０ ₁の端子１０ｄにコイル基礎
体１０₄の端子１０ｃが接続され、コイル基礎体１０ ₄の
端子１０ｄにコイル基礎体１０₇の端子１０ｃが接続さ
れ、コイル基礎体１０ ₇の端子１０ｄにコイル基礎体１
０₁₀の端子１０ｃが接続され、これによりコイル基礎体
１０₁、１０₄、１０₇及び１０₁₀が直列接続されてＵ相
のコイルが構成される。同様に、コイル基礎体１０₂、
１０₅、１０₈及び１０₁₁が直列接続されてＶ相のコイル
が構成され、コイル基礎体１０₃、１０₆、１０₉及び１
０₁₂が直列接続されてＷ相のコイルが構成される。この
際、コイル基礎体１０₁₀の端子１０ｄ、コイル基礎体１
０₁₁の端子１０ｄ及びコイル基礎体１０₁₂の端子１０ｄ
が接続されて、Ｙ結線の中接点とされる。

【００２２】また、並列結線方式（図９）が選択された
際、図９に示すように、コイル基礎体１０₄，１０₇，１
０₁₀の各端子１０ｃが電源のＵ相端子に接続され、コイ
ル基礎体１０₅，１０₈，１０₁₁の各端子１０ｃが電源の
Ｖ相端子に接続され、コイル基礎体１０₆，１０₉，１０
₁₂の各端子１０ｃが電源のＷ相端子に接続されるように
なっている。この際、コイル基礎体１０₁，１０₂，１０
₃の各端子１０ｄが短絡され、コイル基礎体１０₄，１０
₅，１０₆の各端子１０ｄが短絡され、コイル基礎体１０
₇，１０₈，１０₉の各端子１０ｄが短絡され、コイル基
礎体１０₁₀，１０₁₁，１０₁₂の各端子１０ｄが短絡され
る。

【００２３】そして、上述したように並列結線方式（図
９）が選択された際には、コイル基礎体１０₁，１０₄，
１０₇，１０₁₀が並列接続されてＵ相コイルが構成さ
れ、コイル基礎体１０₂，１０₅，１０₈，１０₁₁が並列
接続されてＶ相コイルが構成され、コイル基礎体１
０₃，１０₆，１０₉，１０₁₂が並列接続されてＷ相コイ
ルが構成されるようになっている。

【００２４】一方、センターヨーク３の先端側（図１右
側）の外周部には、複数個のリング状の永久磁石１１
が、コイル８との間にギャップ（符号省略）を形成させ
た状態で、軸方向に重なるように設けられている。この
重ねて構成される複数個の永久磁石１１は、その軸方向
の長さが、相対伸縮部材７の相対伸縮長さ（ストロー
ク）と略同等に設定されている。そして、軸方向に並ぶ
複数個の永久磁石１１は、外周側（コイル８側）の磁極
が交互に異なる（Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、 …）よう
に、予め着磁されている。また、複数の永久磁石１１の
先端部（図１左側の端部）は嵌合部２ｃの軸受５の端部
に対応した位置になっている。

【００２５】永久磁石１１、コイル８、ボビン６、基準
ヨーク１およびセンターヨーク３から図２に示すよう
に、磁気回路１２が構成されている。このため、ボビン
６（コイル８）が、基準ヨーク１（永久磁石１１）に対
してストロークすれば、フレミング右手則によりコイル
８には起電力が発生する。すなわち、後述する電磁ダン
パ１３は、発電機として動作し、コイル８の端子端を抵
抗などのエネルギー消費部材を介して接続すれば、コイ
ル８ひいてはエネルギー消費部材に電流が流れ、熱とし
てエネルギーが消費される。この結果、この電磁サスペ
ンション装置は、ストローク速度に応じた減衰力を発生
することになる。永久磁石１１、コイル８を含む相対伸
縮部材７（ボビン６及び基準ヨーク１）を以下、適宜、
電磁ダンパ１３という。

【００２６】また、コイル８と永久磁石１１との相対的
な位置関係（電気角）に応じて、コイル８に電流を流せ
ば、この電磁ダンパ１３はモータ（アクチュエータ）
〔３相同期モータ〕として機能することになる。

【００２７】この電磁サスペンション装置は、さらに、
図１及び図２に示すように、３つのホール素子１４を備
え、永久磁石１１により発生する磁界の強度に応じてホ
ール電圧を発生するようにしている。上述したように、
ボビン６は、基準ヨーク１（ひいてはセンターヨーク
３）に対し相対伸縮可能になっているが、その最小スト
ローク時及び最大ストローク時には、図４（１）及び
（２）に示すような位置関係になる。

【００２８】すなわち、図４（１）に示すように最小ス
トローク時には、ボビン６の先端部が前記底部４に近
く、かつ複数からなる永久磁石１１の先端部がコイル８
の軸方向長さの略中心部に配置され、Ｗ相の基準コイル
基礎体１０Ｗ及びＶ相の基準コイル基礎体１０Ｖは永久
磁石１１と対面して磁気回路１２を構成する一方、Ｕ相
の基準コイル基礎体１０Ｕは永久磁石１１と対面せず磁
気回路１２を構成しない位置関係になっている。また、
図４（２）に示すように最大ストローク時には、ボビン
６の先端部が嵌合部２ｃの軸受５に対応する位置にな
り、Ｕ相の基準コイル基礎体１０Ｕは永久磁石１１と対
面して磁気回路１２を構成する一方、Ｗ相の基準コイル
基礎体１０Ｗ及びＶ相の基準コイル基礎体１０Ｖは永久
磁石１１と対面せず磁気回路１２を構成しない位置関係
になっている。

【００２９】３つのホール素子１４のそれぞれ（以下、
適宜、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子という。）１４
Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗは、ボビン６におけるＵ相、Ｖ相、
Ｗ相の基準コイル基礎体１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗに対応
した部分に設けられており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の基準コ
イル基礎体１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗと同等の磁気回路１
２に含まれるようにしている。

【００３０】ここで、ホール素子１４によりコイル８と
永久磁石１１との相対的な位置関係を検出する原理を説
明する。Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の基準コイル基礎体１０Ｕ，
１０Ｗ，１０Ｖに対し、永久磁石１１が図２に示すよう
な位置関係にあるとき、同図に示すように、磁気回路１
２が形成されると、ホール素子１４は、永久磁石１１に
より発生する磁界の強度に応じてホール電圧を発生す
る。例えば、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相のホール素子１４Ｕ，１
４Ｗ，１４Ｖに対して図２上向きの磁束が通過すると、
正のホール電圧を発生する。

【００３１】そして、ボビン６（コイル８）が、基準ヨ
ーク１（永久磁石１１）に対して相対的にｘ方向に移動
したとき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１４
Ｖ，１４Ｗを通過する磁界強度は、永久磁石１１の並び
に従って周期的に変化する。１極分のピッチ幅をＰとす
ると、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１４Ｖ，
１４Ｗの出力電圧は、図３に符号１５Ｕ，１５Ｖ，１５
Ｗで示すようになる。すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホ
ール素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電圧１５Ｕ，１
５Ｖ，１５Ｗは、コイル８と永久磁石１１との相対的な
位置関係に応じて変化し、かつその変化のパターンはコ
イル８と永久磁石１１との相対的な位置関係に対して繰
り返し再現される。そのため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホー
ル素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電圧を比較するこ
とにより、コイル８と永久磁石１１との相対的な位置関
係を検出することが可能となる。図３中、符号１９は、
図２における永久磁石１１の位置を示す。

【００３２】Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１
４Ｖ，１４Ｗは、上述したように電圧を発生することか
ら、コイル８を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相がＹ結線され
ているので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１
４Ｖ，１４Ｗからの出力電圧によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の
電気角を検出でき、電磁ダンパ１３は、モータ（アクチ
ュエータ）として動作させることができる。例えば、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの
出力電圧１５Ｕ，１５Ｖ，１５ＷをＲ／Ｄ変換器などで
パルス列やディジタルデータに変換することで、市販の
３相同期モータドライバを用いて電磁ダンパ１３をモー
タ（アクチュエータ）〔３相同期モータ〕として動作さ
せることができる。

【００３３】そして、最小ストローク時及び最大ストロ
ーク時に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル基礎体１０Ｕ，１
０Ｖ，１０Ｗ及び永久磁石１１が図４（１）及び（２）
に示すような位置関係になるように設定したことから、
最小ストローク時には図４（１）に示すようにＵ相のホ
ール素子１４Ｕには永久磁石１１の磁束が通過しないよ
うになり、また、最大ストローク時にはＶ相、Ｗ相のホ
ール素子１４Ｖ，１４Ｗには永久磁石１１の磁束が通過
しないようになる。

【００３４】最小ストローク時におけるストローク位置
は図５中「１６」で示す位置となり、このときのＵ相、
Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力
電圧は、１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに示すようになる。す
なわち、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｖ，１４Ｗの出力
電圧は，最小ストローク位置に向かって変化している
（一点鎖線で示す）のに対して、Ｕ相のホール素子１４
Ｕの出力電圧は、ゼロになって（実線で示す）いく。そ
して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１４Ｖ，
１４Ｗと永久磁石１１との相対的な位置関係に対して、
繰り返し再現されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４
Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電圧のパターンが変化する
（出力電圧のパターンが崩れる）。

【００３５】同様に最大ストローク時におけるＵ相、Ｖ
相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電
圧は、図６に示すように、１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗとな
る。図６中、符号１７は、最大ストローク時におけるス
トローク位置を示す。すなわち、Ｕ相のホール素子１４
の出力電圧１５Ｕは，最大ストローク位置に向かって変
化している（一点鎖線）のに対して、Ｖ相、Ｗ相のホー
ル素子１４の出力電圧１５Ｖ，１５Ｗは、ゼロになって
いく（実線で示す。）。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホ
ール素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗと永久磁石１１との相
対的な位置関係に対して、繰り返し再現されるＵ相、Ｖ
相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電
圧のパターンが変化する。

【００３６】上述したように、最小ストローク位置及び
最大ストローク位置において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホー
ル素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電圧のパターンが
変化することから、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４
Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電圧１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ
を用いて、最小ストローク位置及び最大ストローク位置
を検出することができる。

【００３７】この電磁サスペンション装置は、さらに、
図１０に示すように、車体５０に設けた加速度センサ５
２、ホール素子１４及びコイル８（Ｕ相、Ｖ相及びＷ
相）等に接続したコントローラ２０を備えている。コン
トローラ２０は、電磁ダンパ１３が発生する減衰力を検
知する減衰力検知部２２と、ホール素子１４からの信号
によりダンパ速度を検知するダンパ速度検知部２３と、
ダンパ速度検知部２３からの信号、加速度センサ５２の
検出値、及び上位のコントローラ（図示省略）からの信
号（指令）に基づいて操作量（減衰力目標値）を生成し
てこの操作量を出力する振動抑制／連係制御部２４と、
操作量から減衰力検知部２２の検知信号を減算して制御
量として出力する減算回路２５と、減算回路２５からの
信号に対して予め定めた制御則に基づく演算を行ない基
本制御信号を得る制御則演算部２６と、を備えている。

【００３８】コントローラ２０は、さらに、基本制御信
号に基づく駆動信号を発生するモータドライバ２７と、
モータドライバ２７に制御されて、上述したコイル８
（コイル基礎体１０）の結線方式を切換設定するコイル
結線切換装置２１と、コイル結線切換装置２１及び制御
則演算部２６からの信号に基づいて減衰力を変更する減
衰力可変装置２８と、を備えている。

【００３９】コイル結線切換装置２１は、上述したコイ
ル８（コイル基礎体１０）に対して、例えば図７に示す
ように９つのＦＥＴ１ｆ〜９ｆを接続して構成され、Ｆ
ＥＴ１ｆ〜６ｆは、接点Ａの信号でオン、オフ制御さ
れ、また、ＦＥＴ７ｆ〜９ｆは、接点Ｂの信号でオン、
オフ制御され、前記直列結線方式（図８）及び並列結線
方式（図９）が切換えられるようになっている。

【００４０】そして、後述するように、電磁ダンパ１３
をモータ（アクチュエータ）として動作させる場合、接
点Ａの信号でＦＥＴ１ｆ〜６ｆはオンされ、接点Ｂの信
号でＦＥＴ７ｆ〜９ｆはオフされる。この結果、コイル
は直列結線方式（図８）とされる。また、電磁ダンパ１
３をパッシブに発電機として動作させる場合、接点Ａの
信号でＦＥＴ１ｆ〜６ｆはオフされ、接点Ｂの信号でＦ
ＥＴ７ｆ〜９ｆはオンされる。この結果、コイルは並列
結線方式（図９）とされる。

【００４１】そして、前記接点Ａの信号、接点Ｂの信
号、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相コイルへの給電、減衰力の調整は
コントローラ２０が実行する。コントローラ２０、図１
１に示すように、加速度センサ５２の信号、電磁ダンパ
１３のストローク速度、上位のコントローラからの指令
信号を取り込み（ステップＳ１）、電磁ダンパ１３への
操作量を決定する（ステップＳ２）。また、このとき、
電磁ダンパ１３をモータ（アクチュエータ）として動作
させるか、パッシブに発電機として動作させるかを決定
し、コイル結線切換装置２１への信号を出力する（ステ
ップＳ３）。

【００４２】続いて、コイル８に流れる電流値から実際
の制御量を決定する（ステップＳ４）。例えば、スカイ
フック理論に基づいた制御則に従って、モータドライバ
２７及び減衰力可変装置２８が制御される。

【００４３】また、電磁ダンパ１３をモータ（アクチュ
エータ）として動作させる場合は、モータドライバ２７
により駆動する（ステップＳ５）。パッシブに発電機と
して動作させる場合は、減衰力可変装置２８内でコイル
に流れる電流を調整する（ステップＳ６）。この調整に
は、回路内に可変抵抗を設けたり、回路をオンオフする
スイッチを設け、スイッチのオンオフ時間比を制御する
ことなどで行なう。

【００４４】上述したように、コイル８（コイル基礎体
１０）は直列結線方式（図８）または並列結線方式（図
９）に切換接続されるが、この両方式の利点などについ
て以下に、説明する。直列結線方式（図８）は、電磁ダ
ンパ１３のストローク位置に関わらずコイルと磁石の相
対位置に応じて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相コイルへの通電制御
のみを行えばよいため、駆動回路を単純化できる。本実
施の形態では、電磁ダンパ１３をアクティブ作動させる
ときに、直列結線方式（図８）を採用している。しか
し、推力に貢献しない界磁と対向しない部分にも通電す
るために、効率は低下する。

【００４５】並列結線方式（図９）では、上述したよう
に界磁と対向する部分を検出し、その部分のみに通電す
る。このように界磁と対向する部分のみに通電してお
り、不要な電力消費の発生が抑えられ、モータとしての
効率が向上し、ひいては電磁ダンパ１３全体として効率
の向上を図ることができる。しかし、界磁と対向する部
分を検出するセンサが必要であり、その部分（界磁対向
部分）と他の部分（界磁非対向部分）とを切り替えるた
めのスイッチング回路、界磁対向部分及び界磁非対向部
分の切換作動時に生じる誘導起電圧の変動に伴う推力リ
プル低減制御も必要となり、装置の複雑化ひいてはコス
トアップを招くことになる。

【００４６】一方、電磁ダンパ１３をパッシブに発電機
として動作させる場合は、直列結線方式（図８）より並
列結線方式（図９）の方がコイル抵抗が小さくなり、こ
れにより粘性減衰係数を高くでき有利なものとなる。以
下、この原理を説明する。なお、本実施の形態では、電
磁ダンパ１３をパッシブに発電機として動作させる場合
は、並列結線方式（図９）を採用し、大きな粘性減衰係
数ひいては大きな減衰力を得るようにしている

【００４７】直列結線方式（図８）の場合、モータの推
力定数をφ、コイル抵抗をＲ、モータのストローク速度
をＶ、とすると、パッシブに発電機として動作させる場
合、電磁ダンパ１３に発生する減衰力Ｆは、式（１）に
示すようになる。

【００４８】Ｆ＝（φ²／Ｒ）Ｖ … … （１）

【００４９】並列結線方式（図９）の場合、１／４の長
さのコイルが４組あると考えられるので、個々のコイル
に発生する減衰力を加え合わせた力が発生する。いま、
所定のコイル１個に対して１／４の長さのコイルが磁界
内にあるとする。この場合、磁界内にあるコイルの長さ
（例えば磁気回路１２内で２個のコイル片が直列接続さ
れる）は、図９に示されるように直列結線方式（図８）
の場合（例えば磁気回路内で４個のコイル片が直列接続
される）に比して、１／２になるから、推力定数φも直
列結線方式（図８）の場合に比して、１／２（φ／２）
になる。

【００５０】一方、並列結線方式（図９）の場合、例え
ば図９に示すように、磁気回路１２内で、各相毎に、２
個のコイル片からなるコイル基礎体１０が２つ並列接続
されており、直列結線方式（図８）の場合〔例えば磁気
回路内で各相毎に、２つのコイル基礎体１０が直列接続
される（４個のコイル片が直列接続される）〕に比し
て、コイル抵抗が１／４となる（Ｒ／４）ことから、減
衰力Ｆは、次式（２）に示されるようになる。

【００５１】Ｆ＝２〔（φ／２）²／（Ｒ／４）〕Ｖ＝２（φ²／Ｒ）Ｖ … … … （２）

【００５２】式（２）に示されるように、並列結線方式
（図９）の場合の減衰力は、直列結線方式（図８）の場
合の減衰力の２倍となる。

【００５３】また、磁界と対向するコイルには、自動的
に誘導電流が流れるため、並列結線方式（図９）の場合
にも、磁界と対向する部分を検出するセンサを必要とし
ない。このため、電磁ダンパ１３をパッシブに発電機と
して動作させる場合、並列結線方式（図９）とすること
が望ましく、本実施の形態では、電磁ダンパ１３をパッ
シブに発電機として動作させる場合、上述したように、
並列結線方式（図９）を採用している。

【００５４】上述したように構成した電磁サスペンショ
ン装置では、最小ストローク位置及び最大ストローク位
置において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子１４Ｕ，１
４Ｖ，１４Ｗの出力電圧１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗのパタ
ーンが崩れるものになることから、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の
ホール素子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの出力電圧１５Ｕ，
１５Ｖ，１５Ｗを用いて、最小ストローク位置及び最大
ストローク位置を検出することができる。そして、この
最小ストローク位置及び最大ストローク位置を検出する
場合には、コントローラ２０による制御により前記コイ
ル８へ通電して電磁ダンパ１３をアクティブ作動させて
（モータとして機能させて）大きな制御力を確保するこ
ともできるようになる。

【００５５】上述したように電磁ダンパ１３をアクティ
ブ作動させるときに、直列結線方式（図８）を採用する
ようにしている。そして、直列結線方式（図８）では、
上述したように、電磁ダンパ１３のストローク位置に関
わらずコイルと磁石の相対位置に応じて、Ｕ相、Ｖ相、
Ｗ相コイルへの通電制御のみを行えばよいため、駆動回
路を単純化でき、ひいては、装置全体の構成を簡易なも
のにできる。

【００５６】また、電磁ダンパ１３をパッシブに発電機
として動作させる場合は、並列結線方式（図９）を採用
し、界磁と対向するコイルセクションにのみ電流が自動
的に流れるようにしている。このため、電流の流れるコ
イルの長さが短くなり、コイルの電気抵抗が小さくなる
ため、結果としてコイルにはより多くの電流が流れるよ
うになり、大きな減衰力（粘性減衰係数）を得ることが
できる。

【００５７】このように制御することにより、制御対象
（自動車）の振動（例えば上下動）の振幅が大きくて電
磁ダンパ１３が伸び切ったり、あるいは縮み切ったりす
るような場合に、過大なストロークを機械的に規制する
ストッパへの当接による衝撃が緩和され、ストッパ当接
により従来技術で起こり得た振動、騒音、耐久性低下な
どの悪影響を回避することもできる。

【００５８】次に、本発明の第２実施の形態を図１２及
び図１３に基づいて説明する。なお、前記第１実施の形
態と同等の部分は同一の符号で示し、適宜その説明は省
略する。この電磁サスペンション装置は、コイル８が軸
方向に複数のセクションに分離して構成している。例え
ば、図１２および図１３に示すように、軸方向の中央部
分のセクション（中央セクション３０）、一端部側のセ
クション３１、他端部側のセクション３２の３つに分離
されている。

【００５９】中央セクション３０では、コイル基礎体１
０₄の端子１０ｄにコイル基礎体１０₇の端子１０ｄが接
続され、これによりコイル基礎体１０₄及びコイル基礎
体１０₇が直列接続されて、中央セクション３０におけ
るＵ相のコイルが構成されている。

【００６０】同様に、コイル基礎体１０₅及び１０₈が直
列接続されてＶ相のコイルが構成され、コイル基礎体１
０₆及び１０₉が直列接続されてＷ相のコイルが構成され
る。この際、コイル基礎体１０₇の端子１０ｃ、コイル
基礎体１０₈の端子１０ｃ及びコイル基礎体１０₉の端子
１０ｃが接続されて、Ｙ結線の中接点とされる。また、
コイル基礎体１０₄の端子１０ｃがＵ相端子に接続さ
れ、コイル基礎体１０₅の端子１０ｃがＶ相端子に接続
され、コイル基礎体１０₆の端子１０ｃがＷ相端子に接
続されている。

【００６１】一端部側のセクション３１では、コイル基
礎体１０₁、１０₂、１０₃が、前記図９と同様に接続さ
れている。また、他端部側のセクション３２では、コイ
ル基礎体１０₁₀、１０₁₁、１０₁₂が、前記図９と同様に
接続されている。

【００６２】また、この第２実施の形態では、コントロ
ーラ２０に、図示しない発電作動、モータ作動切換回路
（発電作動、モータ作動切換手段）を有し、中央セクシ
ョン３０、一端部側のセクション３１、他端部側のセク
ション３２に対する発電作動制御またはモータ作動制御
を切換えるようにしている。

【００６３】本実施の形態では、発電作動、モータ作動
切換回路の作動により、図１２〔中央セクション３０を
モータ作動制御（アクティブ制御）する〕場合及び図１
３〔中央セクション３０をパッシブに発電制御〕場合の
いずれかに切換え設定して制御を行うようにしている。

【００６４】図１２に示すように切換え設定された場
合、中央セクション３０をモータ作動制御（アクティブ
制御）する一方、一端部側のセクション３１及び他端部
側のセクション３２を発電作動制御（パッシブに発電制
御）する。また、図１３に示すように切換え設定された
場合、中央セクション３０を発電作動制御（パッシブに
発電制御）する一方、一端部側のセクション３１及び他
端部側のセクション３２をモータ作動制御（アクティブ
制御）する。

【００６５】上述した図１２に示す切換え設定（中央セ
クション３０をアクティブ制御、一端部側のセクション
３１及び他端部側のセクション３２をパッシブに発電制
御）では、通常最もストロークする軸方向の中央部分の
みアクティブ制御し、大きな路面入力により大きくスト
ロークした場合、一端部側、他端部側のセクション３
１，３２でパッシブに発電制御を行なうようにする。悪
路以外の路面であれば、電磁ダンパ１３は、ほとんど中
央部でストロークする。このため、軸方向の中央部分で
のみアクティブ制御しても、十分な制御効果を得ること
ができる。

【００６６】また、軸方向の中央部分における振動は、
１０Ｈｚ以上の高い振動成分を持つ場合があるが、高い
周波数領域まで制御可能であるという電磁サスペンショ
ン装置に特長を生かすことができる。また、電磁ダンパ
１３がストローク端までストロークした場合、ストロー
ク端の２つのセクション（一端部側、他端部側のセクシ
ョン３１，３２）は、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子
を短絡させるなどして、コイル抵抗を最小とすること
で、コイルに流れる電流値を最大にし、ひいては減衰力
を最大にする。この結果、電磁ダンパ１３の伸びきり、
底付きなどによる衝撃を緩和することができる。

【００６７】一方、図１３に示す切換え設定（中央セク
ション３０をパッシブに発電制御、一端部側のセクショ
ン３１及び他端部側のセクション３２をアクティブ制
御）では、通常最もストロークする軸方向の中央部分で
はパッシブに制御し、一端部側、他端部側のセクション
３１，３２でアクティブ制御を行なうようにする。この
方式では、大きな路面入力により大きくストロークした
場合の姿勢変化や衝撃をアクティブ制御することにより
低減し、通常ストロークする範囲ではパッシブに制御す
るので、振動の低減及び乗り心地の向上を図ることがで
きる。

【００６８】このように構成した電磁サスペンション装
置では、コイル８を中央セクション３０、一端部側のセ
クション３１、他端部側のセクション３２の３つに分離
し、これらを選択的に制御しており、全てのコイルに同
時に通電することを避けることができ、コイルの発熱を
低減できるとともに、消費電力を低減できる。また、コ
イルへの動的な通電切換えのためのスイッチング回路が
必要ないため、駆動装置の簡素化、小型化及び信頼性の
向上を図ることができるとともに、装置の低廉化を図る
ことができる。

【００６９】

【発明の効果】請求項１記載または請求項２に記載の発
明によれば、コイルの直列接続及び並列接続を切換手段
の作動により行なえ、並列接続時に界磁と対向する部分
のみに電流が流れるようにして、相対変位力を得ること
が可能であり、これによりアクティブ動作時には、コイ
ル切り替え時の上記不具合を解消し、パッシブ動作時に
は大きな減衰力を発生することができる。

【００７０】請求項３に記載の発明によれば、複数のコ
イルは、軸方向に複数のセクションに分離構成され、コ
イルにおける複数のセクションを選択して発電作動制御
またはモータ作動制御を行なうので、全てのコイルに同
時に通電することを避けることができ、コイルの発熱を
低減できるとともに、消費電力を低減できる。また、コ
イルへの動的な通電切換えのためのスイッチング回路が
必要ないため、駆動装置の簡素化、小型化及び信頼性の
向上を図ることができるとともに、装置の低廉化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係る電磁サスペンシ
ョン装置を示す断面図である。

【図２】図１の装置における磁気回路を模式的に示す断
面図である。

【図３】図１のホール素子の出力電圧を示す図である。

【図４】最小ストローク時（１）及び最大ストローク時
（２）におけるホール素子の位置を示す断面図である。

【図５】最小ストローク位置におけるホール素子の出力
電圧を示す波形図である。

【図６】最大ストローク位置におけるホール素子の出力
電圧を示す波形図である。

【図７】図１の電磁サスペンション装置に設けられるコ
イル結線切換回路を示す回路図である。

【図８】図１のコイルの直列結線状態を示す回路図であ
る。

【図９】図１のコイルの並列結線状態を示す回路図であ
る。

【図１０】図１の電磁サスペンション装置のコントロー
ラを示す回路図である。

【図１１】図１０のコントローラの制御内容を示すフロ
ーチャートである。

【図１２】本発明の第２実施の形態の中央セクションを
アクティブ制御する場合を示す回路図である。

【図１３】中央セクションをパッシブ制御する場合を示
す回路図である。

【符号の説明】

８コイル１０コイル基礎体１０₁，１０₂、 … 、１０₁₁，１０₁₂ コイル基礎体１０Ｕ，１０Ｖ，１０ＷＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル基
礎体１１永久磁石１２磁気回路１３電磁ダンパ１４Ｕ，１４Ｖ，１４ＷＵ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素
子２０コントローラ２１コイル結線切換装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれを相対伸縮可能に挿嵌した第１
及び第２の筒部材からなる相対伸縮部材を有し、前記第
１筒部材又は前記第２筒部材の何れか一方に、磁気回路
を形成する複数の永久磁石を軸方向に所定長さにわたっ
て設け、他方に、複数のコイルを軸方向に所定長さにわ
たって設け、該コイルに対する制御回路の電気的制御に
よって前記第１筒部材及び前記第２筒部材に対する相対
変位力を得る電磁サスペンション装置において、前記制御回路には、前記複数のコイルを直列接続または
並列接続に切換設定可能な切換手段を設けたことを特徴
とする電磁サスペンション装置。
【請求項２】前記相対伸縮部材をモータ作動させると
きには、切換手段によって複数のコイルを直列接続し、
発電作動させるときには、切換手段によって複数のコイ
ルを並列接続することを特徴とする請求項１記載の電磁
サスペンション装置。
【請求項３】それぞれを相対伸縮可能に挿嵌した第１
及び第２の筒部材からなる相対伸縮部材を有し、前記第
１筒部材又は前記第２筒部材の何れか一方に、磁気回路
を形成する複数の永久磁石を軸方向に所定長さにわたっ
て設け、他方に、複数のコイルを軸方向に所定長さにわ
たって設け、該コイルに対する制御回路の電気的制御に
よって前記第１筒部材及び前記第２筒部材に対する相対
変位力を得る電磁サスペンション装置において、前記複数のコイルは、軸方向に複数のセクションに分離
構成され、前記コイルにおける複数のセクションをそれ
ぞれ異ならせて発電作動またはモータ作動を行なうこと
を特徴とする電磁サスペンション装置。