【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種車両に適用される発電ダンパ装置に関し、詳しくは、界磁巻線により励磁される磁界と電機子巻線との相対移動によって発電する発電機と、車輪の変位により懸架装置に蓄積された変位エネルギによって前記磁界と前記電機子巻線とを相対移動させる伝動機構を備え、前記伝動機構により前記発電機を作動させて前記変位エネルギを電気エネルギに回生して振動を減衰させる発電ダンパ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等の車両の操縦安定性を確保するとともに乗心地を良くするために、懸架装置においては懸架バネに蓄えられた弾性エネルギ等を熱エネルギに変えて放散する油圧ダンパ装置が使用されている。
自動車の油圧ダンパ装置が消費するエネルギの一例について、入手したデータを解析して調べたところ、排気量１３００ｃｃクラスの自動車で少し荒れた舗装路を時速６０ｋｍで走行すると、６３９．９Ｗのエネルギを消費するという結果が得られた。即ち、一般家庭で良く使われている２０Ｗの蛍光灯を３２本点灯させるのと同じエネルギを油圧ダンパが消費していることになる。油圧ダンパのエネルギ消費は路面の状態が悪いと走行中継続することになり、排気量の大きな自動車ではさらに大きなエネルギ消費を伴うので、省エネの観点から無視できる値ではない。
【０００３】
一方、近年では、車両に対する省エネルギ技術の要請は極めて高く、走行中に油圧ダンパによって消散しているエネルギを電気エネルギとして回生できる次世代の懸架装置用の発電ダンパ装置が求められている。このような情勢を示すように、例えば、１９９９年４月から「エネルギーの使用の合理化に関する法律」いわゆる「省エネ法」が施行され、自動車の燃費は現在商品化されている製品のうち最も優れているもの以上にするというトップランナー方式が導入され、併せて勧告に従わなかった場合の公表、命令、罰則も規定されました。
【０００４】
油圧ダンパを廃止して発電ダンパ装置を実用化しようとする技術としては、従来、以下のようなものが提案されている。
先ず、「自動車の磁力式サスペンション装置」と題する特許公開公報（特許文献１参照）には、懸架装置に蓄えた変位エネルギを発電機によって電気エネルギに変換するという発想を見ることができる。しかし、この装置では、回生した電気エネルギを可変抵抗器で熱エネルギとして放散することによって振動減衰を行っており、省エネの観点が見られない。
【０００５】
次に、「振動減衰装置」と題する特許公開公報（特許文献２参照）では、振動速度が遅い領域では発電される電力が小さく減衰力も不足するので、エネルギが必要なアクチュエータを作動させて振動減衰させている。また、「振動エネルギを電気的なエネルギとして蓄えアクティブ制御を行う防振装置」と題する特許公開公報（特許文献３参照）では、２個の直流モータをばね下とばね上に配置し、ばね下の直流モータで発電し、この発電した電気エネルギを利用してばね上の直流モータをアクチュエータとして使い、ばね上の振動減衰を行っている。しかし、上記「振動減衰装置」及び「防振装置」では、アクチュエータを作動させて振動減衰を行っており、省エネを目指していないことは明らかである。
【０００６】
次に、「車両のサスペンション装置」と題する特許公開公報（特許文献４参照）では、機械的な増速機構を使ってサスペンションでの変位を増幅して、発電効率を上げようとしているが、機械的な増速機構を用いているので、制御（減衰力の調節）には不適で重量が増加する不利もある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１２９８１５号公報（第１−３頁、図１−図３）
【特許文献２】
特開平１０−２７４２８１号公報（第２−５頁、図１−図６）
【特許文献３】
特開平１１−６５６７９号公報（第２−４頁、図１−図１５）
【特許文献４】
特開２００１−５５０３３号公報（第２−３頁、図１−図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発電ダンパ装置を実用化する上では、ダンパが吸収するエネルギの不足、特に、車両が凹凸の大きい路面を遅い車速で走行したときに、懸架装置のばねが蓄える変位エネルギ（変位量）は大きくなるが、ばねの変位に伴う磁束の変化率（変化速度）が小さいため、発電機での誘導起電力が弱く減衰力不足に陥ることが最大の問題であった。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の運動状態にかかわらず十分な減衰力を発生させることが可能であり、併せて、省エネルギを実現することが可能となる発電ダンパ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る発電ダンパ装置の第一の特徴構成は、請求項１に記載した如く、車両の運動状態を検出する状態検出センサと、前記磁界が前記電機子巻線に対して変化するように前記界磁巻線に通電して励磁する励磁電源部と、前記状態検出センサの検出情報に基づいて、前記磁界と前記電機子巻線との相対移動に対する減衰力を増加させるように前記励磁電源部を駆動制御する制御部を備える点にある。
【００１１】
同第二の特徴構成は、請求項２に記載した如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記回生した電気エネルギを蓄積するとともに、蓄積した電気エネルギを前記励磁電源部に供給するエネルギ蓄積部を備えている点にある。
【００１２】
同第三の特徴構成は、請求項３に記載した如く、上記第一又は第二の特徴構成に加えて、前記発電機は、前記界磁巻線による磁界と前記電機子巻線とが共通軸線周りに相対回転するロータリー式発電機である点にある。
【００１３】
同第四の特徴構成は、請求項４に記載した如く、上記第一又は第二の特徴構成に加えて、前記発電機は、前記界磁巻線による磁界と前記電機子巻線とが軸線方向に相対移動するリニア式発電機である点にある。
【００１４】
同第五の特徴構成は、請求項５に記載した如く、上記第一から第四のいずれかの特徴構成に加えて、前記励磁電源部は、励磁電流の通電と遮断により前記磁界を断続発生させるものである点にある。
【００１５】
同第六の特徴構成は、請求項６に記載した如く、上記第一から第五のいずれかの特徴構成に加えて、前記励磁電源部は、前記磁界を前記電機子巻線に対して相対的に移動させるものである点にある。
【００１６】
同第七の特徴構成は、請求項７に記載した如く、上記第一から第六のいずれかの特徴構成に加えて、前記伝動機構は、前記磁界と前記電機子巻線との相対移動速度を増加させるために、前記懸架装置に備えたバネの伸縮による変位を増大させる増速機構を備えている点にある。
【００１７】
以下に、本発明に係る発電ダンパ装置の作用並びに効果を説明する。
第一の特徴構成によれば、界磁巻線により励磁される磁界と電機子巻線との相対移動によって発電する発電機を、車輪の変位により懸架装置に蓄積された変位エネルギによって上記磁界と電機子巻線とを相対移動させる伝動機構により作動させて、上記懸架装置に蓄積された変位エネルギを電気エネルギに回生して振動を減衰させるときに、車両の運動状態を検出する状態検出センサの検出情報に基づいて、制御部が上記界磁巻線により励磁される磁界が電機子巻線に対して変化するように界磁巻線に通電して励磁する励磁電源部を駆動制御して、上記磁界と電機子巻線との相対移動に対する減衰力を増加させる。
【００１８】
すなわち、上記界磁巻線により励磁される磁界が電機子巻線に対して変化していないときは、その静止した励磁磁界と電機子巻線との相対移動に対する減衰力は、懸架装置に蓄積された変位エネルギによって上記励磁磁界と電機子巻線とが相対移動するときの相対移動速度だけによって定まるが、本願発明では、車両の運動状態に基づいて上記励磁磁界を電機子巻線に対して変化させて、その励磁磁界の変化によって発生した減衰力が上記静止磁界の場合の減衰力に加算されて減衰力を増加させることができる。そして、この場合、励磁磁界の変化状態を適宜調整することで減衰力を適切な値に設定することができる。
従って、車両の運動状態にかかわらず十分な減衰力を発生させることが可能である発電ダンパ装置が提供される。
【００１９】
同第二の特徴構成によれば、前記発電機によって回生した電気エネルギがエネルギ蓄積部に蓄積されるとともに、エネルギ蓄積部に蓄積した電気エネルギが前記励磁電源部に供給される。
すなわち、本願発明の発電ダンパ装置では、懸架装置に蓄積された変位エネルギから前記発電機によって回生された電気エネルギと、前記減衰力を増加させるために前記励磁電源部に通電して磁界エネルギに変換されたのち前記発電機によって再度回生された電気エネルギとを合わせたエネルギがエネルギ蓄積部に蓄積され、そのエネルギ蓄積部に蓄積された電気エネルギが前記励磁電源部に供給されて上記変化する磁界の励磁に使われる。ここで、変位エネルギから電気エネルギへの変換、電気エネルギから磁気エネルギへの変換及び磁気エネルギから電気エネルギへの変換の各過程では、銅損、鉄損、機械損などの変換ロスが生じるが、これらのロスを小さくすることは可能である。
従って、前記減衰力の増加に併せて、省エネルギを実現することが可能となる発電ダンパ装置が提供される。
【００２０】
同第三の特徴構成によれば、ロータリー式発電機が、懸架装置に蓄積された変位エネルギによって前記界磁巻線による磁界と前記電機子巻線とを共通軸線周りに相対回転させて発電する。
すなわち、前記伝動機構を懸架装置に蓄積された変位に伴い例えば先端部が上下方向に揺動する横アームなどで構成して、その横アームの基端部と車体側との間に上記ロータリー式発電機を設けるようにすると、従来の回転式の誘導発電機などを本願の発電ダンパ用の発電機として用いることができる。
従って、従来の回転式の誘導発電機などを利用した本発明の発電ダンパ装置の好適な実施形態が実現される。
【００２１】
同第四の特徴構成によれば、リニア式発電機が、懸架装置に蓄積された変位エネルギによって前記界磁巻線による磁界と前記電機子巻線とを軸線方向に相対移動させて発電する。
すなわち、前記伝動機構を懸架装置に蓄積された変位に伴い例えば下端部が上下方向に揺動する縦アームなどで構成して、その縦アームの上端部と車体側との間に上記リニア式発電機を設けるようにすると、従来のリニアモータなどを本願の発電ダンパ用の発電機として用いることができる。
従って、従来のリニアモータなどを利用した本発明の発電ダンパ装置の好適な実施形態が実現される。
【００２２】
同第五の特徴構成によれば、前記励磁電源部は、前記界磁巻線に対する励磁電流の通電と遮断により前記界磁巻線により励磁される磁界を断続発生させて、前記電機子巻線に対して変化させる。
すなわち、界磁巻線に励磁電流を通電して磁界を励磁した状態と励磁電流を遮断して磁界を励磁しない状態を繰り返すだけの簡易な電流駆動構成により、前記磁界を前記電機子巻線に対して変化させて前記減衰力を増加させる。
従って、簡易に構成できる本発明の発電ダンパ装置の好適な実施形態が提供される。
【００２３】
同第六の特徴構成によれば、前記励磁電源部は、前記界磁巻線により励磁される磁界を前記電機子巻線に対して相対的に移動させることにより変化させる。
すなわち、前記懸架装置に蓄積された変位エネルギにより前記発電機において前記界磁巻線により励磁される磁界を前記電機子巻線に対して相対的に移動させて、前記減衰力を増加させる。
上記磁界と前記電機子巻線との相対移動について例示すれば、前記ロータリー式発電機の場合では、上記磁界として電機子巻線に対して相対回転させる回転磁界を生成し、また、前記リニア式発電機の場合では、上記磁界として電機子巻線に対して直線的に移動させる直線磁界を生成して、前記減衰力を増加させる。
従って、従来の回転式の誘導発電機などを利用して本発明の発電ダンパ装置を容易に実現することができる好適な実施形態が提供される。
【００２４】
同第七の特徴構成によれば、前記伝動機構に備えた増速機構が、前記磁界と前記電機子巻線との相対移動速度を増加させるため、前記懸架装置に備えたバネの伸縮による変位エネルギの電気エネルギへの変換効率が増大する。
すなわち、前記懸架装置に蓄積された変位が比較的小さくても、増速機構によって前記懸架装置に備えたバネの伸縮による変位が増大して、前記磁界と前記電機子巻線との相対移動速度が増加するので、前記磁界と前記電機子巻線との相対移動に対する減衰力を大きくすることができる。
従って、前記懸架装置に生じた変位が比較的小さい場合においても十分な減衰力を発生させることが可能となる本発明の発電ダンパ装置の好適な実施形態が提供される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る発電ダンパ装置の実施形態について、以下、図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、界磁巻線により励磁される磁界を電機子巻線に対して変化させる方法として、インバーターの技術を使って、上記磁界を電機子巻線に対して相対的に回転させる回転磁界を利用する方法がある。
すなわち、バッテリー等から供給される直流を、インバーターの技術を使うことで任意の周波数を持つ交流に変換することが出来るので、これを利用することで必要な回転速度をもった回転磁界を作り出せる。例えば２極機の交流発電機ならば、ｆＨｚの交流の場合、磁界は１秒間にｆ回転する。
従って、第１実施形態では、界磁巻線Ｗ１により励磁される磁界と電機子巻線Ｗ２との相対移動によって発電する発電機１が、界磁巻線Ｗ１による磁界と電機子巻線Ｗ２とが共通軸線Ｋ周りに相対回転するロータリー式発電機１Ａである。
【００２６】
以下、回転磁界を使った発電ダンパの原理を、図１の三相同期発電機の回転界磁形と呼ばれる構造に基づいて説明する。
従来行われている発電方法は、ロータ３のコイルに電源から直流を流して電磁石とし、このロータ３を回転させてステータ２に三相起電力を発生させている。これに対して本発明の第１実施形態の発電ダンパでは、ステータ２のコイルを界磁巻線Ｗ１とし、ロータ３のコイルを共通軸線Ｋ周りに回転する電機子巻線Ｗ２として、懸架装置と連結されたロータ３が矢印Ｂの方向に回転しているときに、バッテリーの直流をインバーターで三相交流に変換してステータ２の３つの端子ａ，ｂ，ｃに加え、ステータ２の界磁巻線Ｗ１に矢印Ｂと逆の矢印Ａのような左回りの回転磁界を発生させる。
【００２７】
これによって、ロータ３の電機子巻線Ｗ２はより多くの磁束を切るようになるので電磁誘導で単相のより高い起電力が生じる。このロータ３の電機子巻線Ｗ２に新たに生じた誘導電流によって発生する磁界とステータ２の回転磁界Ａとの間で生じる電磁力が、ロータ３の運動に制動トルクを加える（減衰力が増大する）ために、これと連結された懸架装置の運動も減衰することになる。そして、ロータ３の電機子巻線Ｗ２に生じた電流はスリップリング４とブラシ５から取り出し、ロータ３に加えられた懸架装置の力学的エネルギーを電気エネルギーとして回生すると同時に、上記回転磁界を発生させるために加えられた電気エネルギも、電気磁気変換及び磁気電気変換の過程を経て再度電気エネルギとして回生する。
【００２８】
回転磁界を加えることによる減衰力の増大効果は次のように説明される。
ロータ３の角速度をω１、ステータ２の界磁巻線Ｗ１に加えられた回転磁界の角速度をω２とする。磁束Φを正弦波で表わし、振幅をΦｏ，時間をｔで表すと、相対角速度は（ω１＋ω２）になるので、磁束Φは次式▲１▼で表わされる。
【００２９】
【数１】
Φ＝Φｏｓｉｎ（ω１＋ω２）ｔ −−−−−−−−−−▲１▼
【００３０】
電磁誘導により発生する電圧Ｅは、磁束Φの時間変化に比例するので、次式▲２▼となる。
【００３１】
【数２】
Ｅ＝−ｄΦ／ｄｔ＝−Φｏ（ω１＋ω２）ｃｏｓ（ω１＋ω２）ｔ −−−−−▲２▼
【００３２】
ここで、ｃｏｓ（ω１＋ω２）ｔの最大値は、次式▲３▼
【００３３】
【数３】
｜ｃｏｓ（ω１＋ω２）ｔ｜≦１ −−−−−−−−−−−▲３▼
【００３４】
より１になるので、Ｅの最大値Ｅｍは次式▲４▼のようになる。
【００３５】
【数４】
Ｅｍ＝Φｏ（ω１＋ω２） −−−−−−−−−−−▲４▼
【００３６】
周波数をｆとすると、ω＝２πｆであり、これを上式▲４▼に代入すると次式▲５▼となる。
【００３７】
【数５】
Ｅｍ＝２πΦｏ（ｆ１＋ｆ２） −−−−−−−−▲５▼
【００３８】
この式▲５▼より、誘導電圧の最大値Ｅｍは振幅Φｏが一定ならば周波数（ｆ１＋ｆ２）に比例することが分かる。したがって、インバーターを使って高い周波数ｆ２を界磁巻線Ｗ１に加えることによって、誘導電圧Ｅｍを高めることが出来る。また、磁界の強さΦｏを強くすることによっても、Ｅｍは高めることが出来る。
従って、この方法によれば、減衰力は回転磁界の強さ（振幅）や速さ（角速度）を変更することによって変えることが出来る。
【００３９】
ここで、本発明の発電ダンパにおけるエネルギーの流れを、エネルギー保存の法則から考察すると次のようになる。
入力エネルギ＝懸架ばねの変位エネルギ（懸架装置に蓄積された変位エネルギ）＋電源から供給された電気エネルギ
出力エネルギ＝懸架ばねの変位エネルギから変換回生された電気エネルギ＋電源から供給された電気エネルギが磁界のエネルギに変換されたのち再度変換回生された電気エネルギ
【００４０】
この解析により、懸架ばねの変位エネルギーが電気エネルギーに変換され、また、磁界発生用に電源から供給された電気エネルギが再度電気エネルギーに変換されて電源に送られて、後述するように（図４参照）バッテリーに充電されることになる。また、このエネルギー変換の過程では、変換に伴う必然的なエネルギー損失として、導線の電気抵抗による銅損、鉄のヒステリシスによる鉄損、軸受摩擦による機械損が生じるが、これらは良く知られているように大きい値ではない。
以上のようにして、懸架ばねの変位エネルギを電気エネルギに変換すると共に、インバータの増幅作用で必要な減衰力を得ることが出来る。
【００４１】
なお、図示はしないが、上記回転界磁形の発電機において、ロータ３を電機子巻線Ｗ２ではなく界磁巻線Ｗ１とし、ステータ２を界磁巻線Ｗ１ではなく電機子巻線Ｗ２とする構成において、ロータ３の界磁巻線Ｗ１に単相交流電流を流し、ロータ３の角変位に応じてステータ２の電機子巻線Ｗ２から、３相の誘導電流を取り出すことが出来るように変更することは、容易に推測される。
【００４２】
図１では、回転界磁形と呼ばれる構造を利用したが、次に回転電機子形と呼ばれる構造を使った発電ダンパを図２に示す。図２の発電機１もロータリー式発電機１Ｂであり、ロータ６のコイルを界磁巻線Ｗ１とし、ステータ７のコイルを電機子巻線Ｗ２とする。ロータ６が懸架ばねの変位エネルギで矢印Ａの方向に回転しているときに、バッテリーの直流をインバーターで三相交流に変換し、ロータ６の端子ａ，ｂ，ｃに接続してロータ６の界磁巻線Ｗ１に矢印ＡＡの回転磁界を発生させることによって、ステータ７の電機子巻線Ｗ２に単相のより大きい電流を発生させる。
以上の実施例では、三相同期発電機が２極の構造を有する場合を示したが、この極数が増加しても、発電ダンパとして利用できることは言うまでもない。
【００４３】
次に、以上述べた発電ダンパ装置を、自動車の懸架装置に適用した場合における車輪まわりの装置構成を図３に示す。図３の懸架装置ＫＳはストラット懸架装置と呼ばれる形式で、車輪１１を支持するスイングアーム８の軸受部に前記ロータリー式発電機１Ａ，１Ｂを設置した構造である。スイングアーム８の基端部を前記ロータリー式発電機１Ａ，１Ｂのロータ３，６に連結し、ステータ２，７を車体フレーム１０に固定する。さらに、スイングアーム８の先端部に支持パイプ９の下端部を連結し、支持パイプ９の上端部をスライドベアリング１２によって車体フレーム１０側の支持ロッド１０Ａに連結するとともに、コイルばね１３によって車体フレーム１０に支持させる。この構造で車体の重量はコイルばね１３が支持し、コイルばね１３に蓄積された変位エネルギによる上下運動の案内は、支持ロッド１０Ａがスライドベアリング１２を介して支持パイプ９の内部に出入りすることで行われる。上記構造により、現在採用されている油圧ダンパは廃止される。
【００４４】
従って、上記構造において、スイングアーム８や支持パイプ９等が、車輪１１の変位により懸架装置ＫＳに蓄積された変位エネルギによって、前記ロータリー式発電機１Ａ，１Ｂにおいて前記界磁巻線Ｗ１により励磁される磁界と前記電機子巻線Ｗ２とを相対移動させる伝動機構１００を構成する。そして、この発電ダンパ装置では、上記伝動機構１００により前記ロータリー式発電機１Ａ，１Ｂを作動させて前記懸架装置ＫＳに蓄積された変位エネルギを電気エネルギに回生してコイルばね１３の振動（即ち、車体の振動）を減衰させる。
【００４５】
一般に車輪１１の変位はそれほど大きくなく、スイングアーム８の回転軸部の角速度は小さいので、上記伝動機構１００は、前記界磁巻線Ｗ１により励磁される磁界と前記電機子巻線Ｗ２との相対移動速度を増加させるために、前記懸架装置ＫＳに備えたコイルバネ１３の伸縮による変位速度を増大させる増速機構ＺＫを備えている。増速機構ＺＫは、具体的には、図３に示すように、スイングアーム８の基端部に固定された大径ギア１４と、ロータリー式発電機１Ａ，１Ｂのロータ軸に固定され且つ上記大径ギア１４に噛み合う小径ギア１５とで構成され、スイングアーム８の回転角速度に対してロータリー式発電機１Ａ，１Ｂのロータの回転速度を増幅している。
【００４６】
本発明の発電ダンパ装置のシステム全体の構成を図４に示す。図４のブロック線図に示すように、前記伝動機構１００や発電機１等の他に、車両の運動状態を検出する状態検出センサ１６と、前記界磁巻線Ｗ１により励磁される磁界が前記電機子巻線Ｗ２に対して変化するように前記界磁巻線Ｗ１に通電して励磁する励磁電源部１７と、前記状態検出センサ１６の検出情報に基づいて、前記界磁巻線Ｗ１により励磁される磁界と前記電機子巻線Ｗ２との相対移動に対する減衰力を発生させるように前記励磁電源部１７を駆動制御する制御部１８と、直流電圧を供給するバッテリー１９を備えている。そして、上記励磁電源部１７は、前記界磁巻線Ｗ１により励磁される磁界を前記電機子巻線Ｗ２に対して相対的に移動させるものであり、具体的には、上記磁界を電機子巻線Ｗ２に対して回転させるために、バッテリー１９から供給される直流を任意の周波数の交流に変換するインバーター回路などで構成される。
【００４７】
図４において、走行する自動車は前記懸架装置ＫＳによって支えられ、発電ダンパの役割は懸架装置ＫＳのコイルばね１３のたわみ速度を調節し、ばね１３に蓄えられた変位エネルギを電気エネルギに変換して適宜回収することである。この発電ダンパの働きによって、良い乗り心地と操縦性さらには安定性が確保される。ここで、従来の油圧ダンパに替わって発電ダンパを採用すると、変位エネルギーの一部が電気エネルギーとして回生されるが、車速が遅く荒れた路面を走行すると減衰力不足になる。この不足分を算出するために、まず車両の運動状態を表す状態量を前記状態検出センサ１６で検出する。状態検出センサ１６は、具体的には、車両の運動状態として、ばねの変位、ばね下加速度、ばね上加速度、車体の速度、ハンドルの操舵角等を検出する各種のセンサで構成され、各センサからの検出信号が制御部１８に入力される。
【００４８】
制御部１８では、状態検出センサ１６からの情報を解析して、不足する減衰力を算出する。このために、例えば、乗り心地を判断するためのばね上加速度波形に対して高速フーリエ変換を行って得られたパワースペクトルを、予め設定しておいた制御目標のパワースペクトルと比較して、減衰力の過不足を判断する。多くの場合は、減衰力が不足するので、この不足量を補うために、前記励磁電源部１７を駆動制御して、前記界磁巻線Ｗ１に磁束線の変化を増大させるような電流を供給する。これによって、フレミングの右手の法則に従い、電機子巻線Ｗ２により大きな誘導電流が流れるため、界磁巻線Ｗ１に励磁される磁界との間でフレミングの左手の法則に従うトルクが発生し、このトルクが減衰力となって、発電機１のロータとこれに連結された懸架装置ＫＳの運動が減衰させられる。
【００４９】
発電ダンパ装置によって減衰力を切り換えて、良い乗り心地と操縦安定性を確保する具体例を説明する。例えば自動車が旋回する時、車体の速度を検出する車速センサとハンドルの操舵角を検出するステアリング・センサの信号を制御部１８に入力し、制御部１８の出力信号で減衰力を高い側に切換えて、車体のロール角を小さくする。急制動時のダイブ制御、急加速時のスクワット制御では、いずれも減衰力を高い側に切り替えて動きを抑制する。また、路面の凹凸に応じて減衰力を制御し、乗心地と車輪の接地性をうまく両立させることができる。このために、良路では減衰力を小さく、悪路では減衰力を高く設定する。
【００５０】
図３では、車輪１１が路面突起に乗り上げると、スイングアーム８が矢印Ａの方向に回転すると同時にロータも矢印Ｂの方向に角変位し、支持パイプ９が矢印Ｃの方向に変位してコイルばね１３を圧縮する。このときロータの角変位が発電機１の外部仕事になり、界磁巻線Ｗ１の発生する磁界を電機子巻線Ｗ２が切ることによって、発電機１において上記外部仕事が電気エネルギーに変換され回生される。なお、スイングアーム８は上下揺動して角変位の方向が変わるので、ホール素子やロータリーエンコーダのセンサー等によって、スイングアーム８の動きを検出して、前記回転磁界Ａ，ＡＡの方向を切り替える。
【００５１】
図４に示すように、発電機１で回生された電気エネルギはバッテリー１９に蓄えられるとともに、バッテリー１９から励磁電源部１７に直流電圧が供給されている。従って、このバッテリー１９によって、前記発電機１が回生した電気エネルギを蓄積するとともに、蓄積した電気エネルギを前記励磁電源部１７に供給するエネルギ蓄積部１９が構成される。
【００５２】
ところで、図４では図示を省略しているが、前記ロータリー式発電機１Ａ，１Ｂの場合のように、発電ダンパで得られた電流が交流の場合はこれをコンバーターで直流に変換しバッテリー１９を充電する。また、発生した回生電流をバッテリー１９に直接供給すると、車輪１１の振動が激しくなった場合、電流値が大きくなって過充電が起こったり、他の電気装置が破損したりすることがあるので、発生起電力が設定値よりも上昇した場合、回生電流を減少させて充電電圧を一定に保つために、電圧調整器をつけてもよい。
【００５３】
以上のように、本発明の発電ダンパは、懸架装置ＫＳに蓄えられるエネルギを全て発電機１で回生することを目的にして、バッテリー１９から供給される電気エネルギを用いてインバータの技術を利用して移動磁界（回転磁界）を発生させるところに特徴がある。その結果、本発明の発電ダンパ装置により、リアルタイムの減衰力制御が容易になるので，最良の乗心地と操縦安定性を確保しながら，しかもエネルギを回生して省エネルギも実現できることになる。言い換えると、本発明の発電ダンパは、制御対象の振動をリアルタイムで制御できるので、いわゆるセミアクティブダンパを構成することによって、現在広く使われているパッシブ・ダンパよりも性能を向上させながら、省エネを達成することが出来る。
【００５４】
〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、回転磁界を励磁する交流発電機型のロータリー式発電機を利用したが、第２実施形態では、図５に示す直流発電機型のロータリー式発電機１Ｃを利用して発電ダンパを構成している。以下、第１実施形態と相異する点について説明する。
図５に示すように、左右に位置する積層鉄板２０にコイル２１が巻かれておりこのコイル２１に端子ａ，ｂから電流を流し電磁石を構成している。図５では矢印の方向に電流を流し、左側がＮ極で右側がＳ極になっている。したがって、左右の積層鉄板２０が界磁で、巻かれたコイル２１が界磁巻線Ｗ１に相当する。ロータコイル２２が電機子巻線Ｗ２に相当する。尚、図では電機子巻線Ｗ２を簡単化して１巻の構造で図示している。このロータコイル２２が前記懸架装置ＫＳと連結され、懸架装置ＫＳのばね１３の変位エネルギでＸ−Ｘ’ 軸（共通軸線）周りに矢印Ｂの方向に角変位している状態にある。この時、コイル２１による界磁磁界の磁束線をロータコイル２２の電機子巻線Ｗ２が切ることで電磁誘導が生じるが、その場合に、誘導電圧を大きくするには、磁束線の変化率を大きくすることが必要である。以下に、その方法を説明する。
【００５５】
バッテリー１９の直流をチョッパの技術を使って、高頻度で通電・遮断して上記コイル２１に供給すれば、磁束の変化率が大きくなる。そして、第２実施形態では、前記励磁電源部１７が、励磁電流の通電と遮断により前記界磁巻線Ｗ１により励磁される磁界を断続発生させている。
【００５６】
図６と図７に、バッテリー１９の直流をチョッパで断続した時の駆動電流波形を示している。図において、ロータコイル２２の回転方向の変化（懸架装置ＫＳのコイルばね１３の変位方向の変化）に対応させて、駆動電流Ｉの向き（正負）を反転変化させている（変化点をｔ１，ｔ２で表わす）。なお、図７の電流波形は、パルスが立上がりと立下りで非対称になっている。この理由は、磁束の増加時と減少時とで電磁誘導の効果が相殺されるのを防ぐためである。このような電流を、界磁巻線Ｗ１の端子ａ，ｂから流して、電磁石とする。誘導起電力は、ロータコイル２２（電機子巻線Ｗ２）が切る磁束の本数に比例するので、次々と新しい磁束に切り替えることによって同じ角変位であってもより大きい誘導電圧が発生する。
単位時間にロータコイル２２が角変位して切る磁束線の数をｎとし、チョッパによって磁束がｍ回断続したとすると、ロータコイル２２が通過した磁束線の本数Ｎはｎ・ｍ（Ｎ＝ｎ・ｍ）となり、誘導起電力はｍ倍大きくなったことになる。
このようにして、発電ダンパのエネルギ吸収量はｍ倍になる。これを利用して、走行状態に対応してｍを制御すれば、最適の減衰力を設定できる。
【００５７】
懸架装置ＫＳのコイルばね１３の変位方向が逆になってロータコイル２２（電機子巻線Ｗ２）の回る方向が逆になると、誘導電流の方向も逆になるので、これに対応して、界磁巻線Ｗ１の励磁電流の向きを反転させるために励磁電源部１７から流す電流の方向も反対にすれば、スリップリング２３とブラシ２４からは電流の方向が変わらない直流を取り出すことが出来る。この場合は、誘導電流を整流せずに、バッテリー１９に充電して蓄えることが可能になる。
これまでは、ステータ（積層鉄板）側の界磁用コイル２１にチョッパ電流を流して電磁石としたが、これとは逆にロータ側を界磁にしてロータコイル２２に電流を流し（ロータコイル２２を界磁巻線Ｗ１とし）、ステータ側のコイル２１を電機子巻線Ｗ２として誘導電流を取り出すことも可能である。
【００５８】
〔第３実施形態〕
上述した第１、第２実施形態の発電ダンパは、界磁巻線Ｗ１による励磁磁界と電機子巻線Ｗ２が共通軸線周りに回転するロータリー式発電機を利用するものであった。これに対し、第３実施形態では、直線的に作動する筒型の油圧ダンパのように、前記界磁巻線Ｗ１による磁界と前記電機子巻線Ｗ２とが軸線方向に相対移動するリニア式発電機１Ｄを発電ダンパに利用している。以下、第１、第２実施形態と相異する点について説明する。
【００５９】
図８にリニア式発電機１Ｄの構造を示す。中央パイプ２６の外周面には、パイプ軸線と直角方向向きの複数の巻線２５で構成される界磁巻線Ｗ１が規則正しく配列されており、その外側に位置する内パイプ２７の内周面に、複数の円筒状巻線２８からなる電機子巻線Ｗ２が配置されている。また、内パイプ２７の外周には軸方向に移動する外パイプ２９がはめ込まれている。外パイプ２９の右半分は拡管によって内径が広げられ、その内径が広げられた位置に、スペーサー３１を真ん中にして２個のドライベアリング３０で前後を挟んだ構造のドライメタルからなる軸受パイプ３６が配置され、内パイプ２７と外パイプ２９が軸方向に滑らかに移動する構造としている。そして、内パイプ２７と外パイプ２９の共通する軸方向Ｙ−Ｙ’ が、リニア式発電機１Ｄにおける軸線方向に相当する。なお、後述の磁気回路（図１０参照）を形成するために、中央パイプ２６と内パイプ２７は軟鉄等の磁性材料で作製する。また、外パイプ２９はアルミ製である。
【００６０】
上記外パイプ２９の左端には、蓋部材３２が外周をかしめ加工で留められ、この蓋部材３２に形成した円筒状の突起部３２Ａに中央パイプ２６がはめ込まれて固着保持されており、中央パイプ２６の左端部には内パイプ２７と外パイプ２９が衝突したときの衝撃力を緩和するために、ゴム製の緩衝リング３３がはめられている。さらに、リニア式発電機１Ｄの両側には、夫々取付けリング３４，３５が設けられ、内パイプ２７が右側の取付けリング３４によって車体側に連結され、外パイプ２９が左側の取付けリング３５によって車輪側に連結されている。
【００６１】
界磁巻線Ｗ１（巻線２５）の結線方法の一例を、図９に示す。巻線２５は、単純化して１巻で表わしている。図８に示すように、複数の巻線２５は３つ毎に結線されて３群に分けられ、各群に対する電流供給端子ａ，ｂ，ｃが設けられている。端子ａに対応する巻線群はａで表示し、同様に端子ｂ，ｃに対応する巻線群はｂ，ｃで表示している。そして、軸方向で隣り合う巻線は、互いに逆の方向に巻かれている。この端子ａ，ｂ，ｃに、三相交流を流して、軸方向に移動する磁界を作り出す。
【００６２】
図１０に、界磁巻線Ｗ１により発生した磁界による磁気回路を示している。界磁巻線Ｗ１を構成する各巻線２５は、パイプ軸と直角方向を向いた軟鉄の回りに巻かれており、隣り合う巻線２５でＮＳ，ＳＮ，ＮＳというように逆向きの磁界が励磁されている。これによって、隣り合う巻線２５では図のような互いに逆周りの磁気回路が形成され、中央パイプ２６と内パイプ２７が相対的に軸方向に移動することによって、電機子巻線Ｗ２（各円筒状巻線２８）に誘導電圧が発生する。なお、中央パイプ２６と内パイプ２７の相対移動に伴って各円筒状巻線２８に誘導される誘導電圧は極性（誘導電流の方向）が変化するので、各円筒状巻線２８は誘導電圧を互いに打ち消す（キャンセルする）ことがないように直列接続するか、あるいは並列に接続する。この誘導電圧を増大する方法は、次の通りである。
【００６３】
図８に示すように、懸架装置ＫＳと連結された外パイプ２９が車輪の変位によってＡの方向に移動する時に、電機子巻線Ｗ２がＢの方向に動くので界磁巻線Ｗ１にＢ方向と反対のＡ方向に移動する移動磁界を発生させることによって、電機子巻線Ｗ２はより多くの磁束を切るようになるので、フレミングの右手の法則によって電機子巻線Ｗ２に電磁誘導によって高い誘導電圧を生じる。この時流れる誘導電流と移動磁界Ａとの間にフレミングの左手の法則によって現れる電磁力が強い制動力となって作用し、外パイプ２９とこれに連結された懸架装置ＫＳの運動が減衰する。このようにして、懸架装置ＫＳの懸架ばねに蓄積された変位エネルギーが電気エネルギーとして回生される。
【００６４】
上記リニア形発電機１Ｄを利用した発電ダンパを懸架装置ＫＳに適用した装置構成例を図１１に示す。図１１において、スイングアーム８の基端部を上下揺動自在な状態で車体フレーム１０に支持し、スイングアーム８の先端部に連結された支持パイプ９の上端部を懸架装置ＫＳのコイルばね１３によって車体フレーム１０に支持させるとともに、上記支持パイプ９の上端部を前記リニア式発電機１Ｄの外パイプ２９に連結している。上記構造において、車輪１１の変位エネルギによってコイルばね１３が伸縮し、このコイルばね１３の伸縮に応じてリニア式発電機１Ｄの内パイプ２７と外パイプ２９が相対的に直線振動する。例えば、図１１のように、車輪１１が突起に乗り上げるとスイングアーム８が矢印のように上方に角変位し、支持パイプ９がコイルばね１３を矢印Ａの方向に圧縮する。このとき、外パイプ２９が矢印Ａの方向に移動する（このとき、内パイプ２７はＢ方向に動く）ので、前述のように、界磁巻線Ｗ１（円筒状巻線２５）に矢印Ａ方向に移動する移動磁界を励磁することにより、減衰力を増大させることができる。
【００６５】
リニア形発電ダンパでは、ロータリー形発電ダンパと比較して、ロータがスライダー（内パイプ２７が相当する）に替わり、回転磁界が直線運動磁界に替わる事になる。
なお、図１２に示すように、上記支持パイプ９の直線振動をボール・スクリュウの働きを利用して角振動に変換し、前記リニア式発電機１Ｄの代わりに前述のロータリー式発電機１Ａ，１Ｂを使う方法も可能である。なお、この場合は、回転磁界の方向を直線振動の方向に応じて切り換えることが必要である。
【００６６】
〔別実施形態〕
上記第１及び第２実施形態では、増速機構ＺＫを構成するのに歯車伝動（ギア機構）を利用したが、この他利用できる技術として、発電機１Ａ，１Ｂの取り付け位置に自由度を持たせると共にスイングアーム８の角変位を拡大するために、ベルト伝動等を利用することも可能である。具体的には、発電機１Ａ，１Ｂのロータ３，６とスイングアーム８の回転部にプーリーを取付け、２つのプーリーの間をＶベルトでつなぐ、いわゆる動力伝達の方法を用いる。
【００６７】
上記実施形態では、回生された電力を貯蔵するエネルギ蓄積部をバッテリー１９で構成したが、バッテリー１９以外に、コンデンサーやキャパシタ等を利用することも出来る。
【００６８】
次に、図１０に示すリニア式発電機の一部構造の変形例を図１３に示す。この変形構造では、界磁巻線Ｗ１は内パイプ２７のパイプ内周部にパイプ軸方向に向く状態で間隔を隔てて巻かれた複数の小径巻線４０で構成され、パイプの各小径巻線４０の間には鉄製のリング４２がはめられ、隣接する各巻線４０による磁極はＮＳ，ＳＮ，ＮＳのように反対向きの磁極になっている。中央パイプ２６には長方形断面形状の溝が形成され、この溝に、複数の円筒状巻線４１からなる電機子巻線Ｗ２が巻かれている。以上の構造によって、図１３に示す磁気回路が形成され、内パイプ２７と中央パイプ２６を軸方向に相対移動させることにより、電機子巻線Ｗ２（各円筒状巻線４１）に誘導電圧を発生させることができる。
【００６９】
以上の説明では、本発明の発電ダンパを自動車のマクファーソン式懸架装置に適用した場合について記述したが、本発明の発電ダンパはこれに限定されることはなく、油圧ダンパ等の減衰要素が用いられる分野に広く及ぶものである。製品分野に関して言うと、自動車では、ダブルウィッシュボーン式、マルチリンク式等の懸架装置は勿論、航空機降着装置、鉄道車両懸架装置、建設機械懸架装置、農業機械懸架装置、オートバイ懸架装置、雪上車懸架装置等を具体的に挙げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電ダンパの発電機構造を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態に係る発電ダンパの発電機構造の変形を示す断面図
【図３】本発明の第１及び第２実施形態に係る発電ダンパ装置を備えた懸架装置の構造を示す断面図
【図４】本発明の発電ダンパ装置の制御ブロック図
【図５】第２実施形態に係る発電ダンパの発電機構造を示す斜視図
【図６】第２実施形態における界磁の駆動電流波形図
【図７】第２実施形態における界磁の駆動電流波形図
【図８】第３実施形態に係る発電ダンパの発電機構造を示す断面図
【図９】第３実施形態における界磁巻線の結線図
【図１０】第３実施形態における励磁磁界の磁気回路図
【図１１】第３実施形態における発電ダンパ装置を備えた懸架装置の構造を示す断面図
【図１２】伝動機構の変形例を示す概略構成図
【図１３】別実施形態における励磁磁界の磁気回路図
【符号の説明】
１ 発電機
１Ａ ロータリー式発電機
１Ｂ ロータリー式発電機
１Ｃ ロータリー式発電機
１Ｄ リニア式発電機
１１ 車輪
１６ 状態検出センサ
１７ 励磁電源部
１８ 制御部
１９ エネルギ蓄積部
１００ 伝動機構
ＫＳ 懸架装置
Ｗ１ 界磁巻線
Ｗ２ 電機子巻線
ＺＫ 増速機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power generation damper device applied to various vehicles, and more particularly, to a power generator that generates power by a relative movement between a magnetic field excited by a field winding and an armature winding, and a suspension device by a displacement of a wheel. A power transmission mechanism for relatively moving the magnetic field and the armature winding by the accumulated displacement energy, and operating the power generator by the power transmission mechanism to regenerate the displacement energy into electric energy and attenuate vibrations It relates to a damper device.
[0002]
[Prior art]
Generally, in order to secure the steering stability of a vehicle such as an automobile and improve ride comfort, a suspension device uses a hydraulic damper device that converts elastic energy or the like stored in a suspension spring into heat energy and dissipates it. I have.
An example of the energy consumed by the hydraulic damper device of an automobile was analyzed and analyzed to find that when a car with a displacement of 1300 cc traveled a little rough paved road at 60 km / h, it consumed 639.9 W of energy. Was obtained. In other words, this means that the hydraulic damper consumes the same energy as lighting 32 20W fluorescent lamps that are often used in ordinary households. The energy consumption of the hydraulic damper is continued during traveling when the road surface condition is poor, and a vehicle with a large displacement requires more energy consumption. Therefore, it is not a value that can be ignored from the viewpoint of energy saving.
[0003]
On the other hand, in recent years, the demand for energy saving technology for vehicles has been extremely high, and a power generation damper device for a next-generation suspension device capable of regenerating energy dissipated by a hydraulic damper during traveling as electric energy has been demanded. As shown in this situation, for example, the "Law Concerning the Rational Use of Energy", the so-called "Energy Conservation Law," was enforced in April 1999, and the fuel efficiency of automobiles is the highest among the products currently on the market. A top-runner approach has been introduced to ensure that there is more than what is available, as well as public announcements, orders and penalties for non-compliance with the recommendations.
[0004]
Conventionally, the following technology has been proposed as a technology for abolitioning the hydraulic damper and realizing a power generation damper device.
First, in a patent publication entitled "Magnetic suspension system for automobiles" (see Patent Document 1), an idea of converting displacement energy stored in a suspension device into electric energy by a generator can be seen. However, in this device, vibration is attenuated by dissipating the regenerated electric energy as heat energy with a variable resistor, and there is no viewpoint of energy saving.
[0005]
Next, in a patent publication entitled “Vibration damping device” (see Patent Document 2), in a region where the vibration speed is low, the generated power is small and the damping force is insufficient, so that an actuator requiring energy is operated to operate the vibration damping device. Let me. Further, in a patent publication (see Patent Document 3) entitled “Vibration Isolation Device that Stores Vibration Energy as Electrical Energy and Performs Active Control”, two DC motors are arranged below a spring and above a spring. The DC motor on the spring is used as an actuator by utilizing the generated electric energy to attenuate the vibration on the spring. However, in the "vibration damping device" and the "vibration isolating device", the actuator is operated to perform the vibration damping, and it is clear that energy saving is not aimed at.
[0006]
Next, in a patent publication entitled “Vehicle Suspension Device” (see Patent Document 4), a mechanical speed-increasing mechanism is used to amplify displacement in a suspension to increase power generation efficiency. There is also a disadvantage that control (adjustment of damping force) is not appropriate and the weight increases due to the use of a typical speed increasing mechanism.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-4-129815 (pages 1-3, FIGS. 1-3)
[Patent Document 2]
JP-A-10-274281 (pages 2-5, FIGS. 1-6)
[Patent Document 3]
JP-A-11-65679 (pages 2-4, FIGS. 1-15)
[Patent Document 4]
JP 2001-55033 A (pages 2-3, FIGS. 1-2)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in practical use of the conventional power generation damper device, there is a shortage of energy absorbed by the damper, particularly, displacement energy (displacement amount) stored by a spring of the suspension device when the vehicle travels at a low vehicle speed on a road surface having large unevenness. ) Is large, but since the rate of change (change rate) of the magnetic flux due to the displacement of the spring is small, the induced electromotive force in the generator is weak and the damping force is insufficient.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to generate a sufficient damping force irrespective of the motion state of a vehicle, and to realize energy saving. To provide a power generation damper device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first characteristic configuration of the power generation damper device according to the present invention for achieving the above object is, as described in claim 1, a state detection sensor for detecting a motion state of a vehicle, and the magnetic field is generated by the armature winding. And an excitation power supply unit that energizes and excites the field winding so as to change with respect to the magnetic field, and based on detection information of the state detection sensor, a damping force with respect to a relative movement between the magnetic field and the armature winding. The present invention is characterized in that a control unit for driving and controlling the excitation power supply unit is provided so as to increase the number.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, in addition to the first aspect, the regenerated electric energy is stored, and the stored electric energy is supplied to the excitation power supply unit. It has a part.
[0012]
The third characteristic configuration is, as described in claim 3, in addition to the first or second characteristic configuration, in the generator, the magnetic field by the field winding and the armature winding are common. The point is that it is a rotary type generator that rotates relatively around an axis.
[0013]
The fourth feature configuration is, as described in claim 4, in addition to the first or second feature configuration, in the generator, the magnetic field generated by the field winding and the armature winding have an axis. In that it is a linear generator that moves relative to the direction.
[0014]
According to a fifth feature configuration, as set forth in claim 5, in addition to any one of the first to fourth feature configurations, the excitation power supply section generates the magnetic field intermittently by supplying and interrupting an excitation current. It is the point that makes it.
[0015]
According to a sixth aspect, as set forth in claim 6, in addition to any one of the first to fifth aspects, the excitation power supply unit causes the magnetic field to move relative to the armature winding. The point is that it is intended to be moved.
[0016]
According to a seventh aspect, as set forth in claim 7, in addition to any one of the first to sixth aspects, the transmission mechanism further comprises a relative moving speed between the magnetic field and the armature winding. In order to increase the displacement, a speed increasing mechanism for increasing displacement caused by expansion and contraction of a spring provided in the suspension device is provided.
[0017]
Hereinafter, the operation and effect of the power generation damper device according to the present invention will be described.
According to the first characteristic configuration, the generator that generates power by the relative movement between the magnetic field excited by the field winding and the armature winding is combined with the magnetic field by the displacement energy accumulated in the suspension due to the displacement of the wheels. A state detecting sensor for detecting a motion state of the vehicle when the vibration mechanism is operated by regenerating the displacement energy stored in the suspension device into electric energy to reduce vibration by being operated by a transmission mechanism that relatively moves the armature winding. Based on the detection information, the control unit drives and controls the excitation power supply unit that energizes and excites the field winding so that the magnetic field excited by the field winding changes with respect to the armature winding. The damping force for the relative movement between the magnetic field and the armature winding is increased.
[0018]
That is, when the magnetic field excited by the field winding does not change with respect to the armature winding, the damping force for the relative movement between the stationary excitation magnetic field and the armature winding is accumulated in the suspension. It is determined only by the relative moving speed when the exciting magnetic field and the armature winding relatively move by the displaced energy.In the present invention, however, the exciting magnetic field is applied to the armature winding based on the motion state of the vehicle. By changing the damping force, the damping force generated by the change in the exciting magnetic field is added to the damping force in the case of the static magnetic field, so that the damping force can be increased. In this case, the damping force can be set to an appropriate value by appropriately adjusting the change state of the exciting magnetic field.
Accordingly, there is provided a power generation damper device capable of generating a sufficient damping force irrespective of the motion state of the vehicle.
[0019]
According to the second characteristic configuration, the electric energy regenerated by the generator is stored in the energy storage unit, and the electric energy stored in the energy storage unit is supplied to the excitation power supply unit.
That is, in the power generation damper device of the present invention, the electric energy regenerated by the generator from the displacement energy stored in the suspension device, and the excitation power supply unit is energized to increase the damping force and is converted into magnetic field energy. After that, the energy combined with the electric energy regenerated by the generator is stored in the energy storage section, and the electric energy stored in the energy storage section is supplied to the excitation power supply section to generate the changing magnetic field. Used for excitation. Here, in each process of conversion from displacement energy to electric energy, conversion from electric energy to magnetic energy, and conversion from magnetic energy to electric energy, conversion loss such as copper loss, iron loss, and mechanical loss occurs. It is possible to reduce these losses.
Therefore, there is provided a power generation damper device capable of realizing energy saving in accordance with the increase of the damping force.
[0020]
According to the third characteristic configuration, the rotary generator generates power by relatively rotating the magnetic field of the field winding and the armature winding around the common axis by the displacement energy accumulated in the suspension device. .
That is, the transmission mechanism is constituted by, for example, a horizontal arm whose tip end swings up and down in accordance with the displacement accumulated in the suspension device, and the rotary type is disposed between the base end of the horizontal arm and the vehicle body side. If a generator is provided, a conventional rotary induction generator or the like can be used as a generator for the power generation damper of the present application.
Therefore, a preferred embodiment of the power generation damper device of the present invention using a conventional rotary induction generator or the like is realized.
[0021]
According to the fourth characteristic configuration, the linear generator generates power by relatively moving the magnetic field of the field winding and the armature winding in the axial direction by the displacement energy accumulated in the suspension device.
That is, the transmission mechanism is constituted by, for example, a vertical arm whose lower end swings up and down in accordance with the displacement accumulated in the suspension device, and the linear power generation is provided between the upper end of the vertical arm and the vehicle body. If a generator is provided, a conventional linear motor or the like can be used as a generator for the power generation damper of the present application.
Therefore, a preferred embodiment of the power generation damper device of the present invention using a conventional linear motor or the like is realized.
[0022]
According to the fifth characteristic configuration, the excitation power supply section intermittently generates a magnetic field excited by the field winding by supplying and interrupting an excitation current to the field winding, and the armature winding To change.
That is, the magnetic field is applied to the armature winding by a simple current drive configuration in which a state in which the exciting current is applied to the field winding to excite the magnetic field and a state in which the exciting current is cut off and the magnetic field is not excited are repeated. On the other hand, the damping force is increased.
Therefore, a preferred embodiment of the power generation damper device of the present invention which can be simply configured is provided.
[0023]
According to the sixth characteristic configuration, the excitation power supply unit changes the magnetic field excited by the field winding by moving the magnetic field relative to the armature winding.
That is, the magnetic field excited by the field winding in the generator is moved relative to the armature winding by the displacement energy stored in the suspension device, thereby increasing the damping force.
Taking the relative movement between the magnetic field and the armature winding as an example, in the case of the rotary type generator, a rotating magnetic field for rotating the armature winding relative to the magnetic field is generated as the magnetic field, In the case of a generator, a linear magnetic field that moves linearly with respect to the armature winding is generated as the magnetic field to increase the damping force.
Therefore, there is provided a preferred embodiment in which the power generation damper device of the present invention can be easily realized using a conventional rotary induction generator or the like.
[0024]
According to the seventh characteristic configuration, the speed increasing mechanism provided in the power transmission mechanism increases the relative movement speed between the magnetic field and the armature winding. The conversion efficiency of energy to electric energy increases.
That is, even if the displacement accumulated in the suspension device is relatively small, the displacement caused by the expansion and contraction of the spring provided in the suspension device is increased by the speed increasing mechanism, and the relative movement speed between the magnetic field and the armature winding is increased. Therefore, the damping force for the relative movement between the magnetic field and the armature winding can be increased.
Therefore, there is provided a preferred embodiment of the power generation damper device of the present invention which can generate a sufficient damping force even when the displacement generated in the suspension device is relatively small.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a power generation damper device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, as a method of changing the magnetic field excited by the field winding with respect to the armature winding, a rotating magnetic field that rotates the magnetic field relative to the armature winding by using an inverter technique is used. There is a way to do that.
That is, a direct current supplied from a battery or the like can be converted into an alternating current having an arbitrary frequency by using an inverter technology, and a rotating magnetic field having a required rotational speed can be generated by using this. For example, in the case of a two-pole AC generator, in the case of an alternating current of fHz, the magnetic field rotates f times per second.
Therefore, in the first embodiment, the generator 1 that generates electric power by the relative movement between the magnetic field excited by the field winding W1 and the armature winding W2 is different from the magnetic field generated by the field winding W1 and the armature winding W2. Is a rotary generator 1A that relatively rotates about a common axis K.
[0026]
Hereinafter, the principle of the power generation damper using the rotating magnetic field will be described based on a structure called a rotating field type of the three-phase synchronous generator of FIG.
In a conventional power generation method, a DC is supplied from a power supply to a coil of the rotor 3 to form an electromagnet, and the rotor 3 is rotated to generate a three-phase electromotive force in the stator 2. On the other hand, in the power generation damper according to the first embodiment of the present invention, the coils of the stator 2 are used as the field windings W1, and the coils of the rotor 3 are used as the armature windings W2 that rotate around the common axis K. When the connected rotor 3 is rotating in the direction of arrow B, the direct current of the battery is converted into three-phase alternating current by an inverter and applied to the three terminals a, b, and c of the stator 2, and the field of the stator 2 is changed. A counterclockwise rotating magnetic field such as an arrow A opposite to the arrow B is generated in the winding W1.
[0027]
As a result, the armature winding W2 of the rotor 3 cuts off more magnetic flux, so that a single-phase higher electromotive force is generated by electromagnetic induction. The electromagnetic force generated between the magnetic field generated by the induction current newly generated in the armature winding W2 of the rotor 3 and the rotating magnetic field A of the stator 2 applies a braking torque to the movement of the rotor 3 (the damping force increases). Therefore, the movement of the suspension connected thereto is also damped. Then, the current generated in the armature winding W2 of the rotor 3 is taken out from the slip ring 4 and the brush 5, and the mechanical energy of the suspension applied to the rotor 3 is regenerated as electric energy, and at the same time, the rotating magnetic field is generated. The electric energy added for this purpose is regenerated as electric energy again through the process of electro-magnetic conversion and magneto-electric conversion.
[0028]
The effect of increasing the damping force by applying a rotating magnetic field is explained as follows.
The angular velocity of the rotor 3 is ω1, and the angular velocity of the rotating magnetic field applied to the field winding W1 of the stator 2 is ω2. When the magnetic flux Φ is represented by a sine wave, the amplitude is represented by Φo, and the time is represented by t, the relative angular velocity becomes (ω1 + ω2), so the magnetic flux Φ is represented by the following equation (1).
[0029]
(Equation 1)
Φ = Φosin (ω1 + ω2) t --------------- (1)
[0030]
Since the voltage E generated by the electromagnetic induction is proportional to the time change of the magnetic flux Φ, the following equation (2) is obtained.
[0031]
(Equation 2)
E = −dΦ / dt = −Φo (ω1 + ω2) cos (ω1 + ω2) t ------ (2)
[0032]
Here, the maximum value of cos (ω1 + ω2) t is given by the following equation (3).
[0033]
[Equation 3]
| Cos (ω1 + ω2) t | ≦ 1 −−−−−−−−−−− 3
[0034]
Therefore, the maximum value Em of E is expressed by the following equation (4).
[0035]
(Equation 4)
Em = Φo (ω1 + ω2) −−−−−−−−−−− 4
[0036]
If the frequency is f, ω = 2πf, and when this is substituted into the above equation (4), the following equation (5) is obtained.
[0037]
(Equation 5)
Em = 2πΦo (f 1 + F 2 ) −−−−−−−−− ▲ 5 ▼
[0038]
From this equation (5), the maximum value Em of the induced voltage is determined by the frequency (f 1 + F 2 ). Therefore, the high frequency f 2 Is applied to the field winding W1 to increase the induced voltage Em. Em can also be increased by increasing the magnetic field strength Φo.
Therefore, according to this method, the damping force can be changed by changing the strength (amplitude) and speed (angular velocity) of the rotating magnetic field.
[0039]
Here, the flow of energy in the power generation damper of the present invention is considered as follows from the law of energy conservation.
Input energy = displacement energy of suspension spring (displacement energy stored in suspension) + electrical energy supplied from power supply
Output energy = electric energy converted and regenerated from the displacement energy of the suspension spring + electric energy supplied from the power source is converted into magnetic field energy and then converted and regenerated again.
[0040]
By this analysis, the displacement energy of the suspension spring is converted into electric energy, and the electric energy supplied from the power supply for generating the magnetic field is again converted into electric energy and sent to the power supply. See) Battery will be charged. In the process of energy conversion, inevitable energy loss associated with the conversion includes copper loss due to electrical resistance of the conductor, iron loss due to hysteresis of iron, and mechanical loss due to bearing friction, which are well known. Not so big value.
As described above, the displacement energy of the suspension spring can be converted into electric energy, and the required damping force can be obtained by the amplification effect of the inverter.
[0041]
Although not shown, in the rotating field generator, the rotor 3 is not the armature winding W2 but the field winding W1, and the stator 2 is not the field winding W1 but the armature winding W2. In such a configuration, a single-phase AC current is caused to flow through the field winding W1 of the rotor 3 so that a three-phase induced current can be extracted from the armature winding W2 of the stator 2 according to the angular displacement of the rotor 3. Changes are easily guessed.
[0042]
In FIG. 1, a structure called a rotating field type is used. Next, FIG. 2 shows a power generation damper using a structure called a rotating armature type. The generator 1 in FIG. 2 is also a rotary generator 1B, in which the coil of the rotor 6 is a field winding W1 and the coil of the stator 7 is an armature winding W2. When the rotor 6 is rotating in the direction of arrow A by the displacement energy of the suspension spring, the DC of the battery is converted into a three-phase AC by an inverter and connected to the terminals a, b, c of the rotor 6 to connect the rotor 6 to the terminals a, b, c. By generating a rotating magnetic field indicated by an arrow AA in the field winding W1, a larger single-phase current is generated in the armature winding W2 of the stator 7.
In the above embodiment, the case where the three-phase synchronous generator has a two-pole structure has been described, but it goes without saying that the three-phase synchronous generator can be used as a power generation damper even if the number of poles increases.
[0043]
Next, FIG. 3 shows a device configuration around wheels in a case where the above-described power generation damper device is applied to a suspension device of an automobile. The suspension device KS in FIG. 3 is of a type called a strut suspension device, and has a structure in which the rotary power generators 1A and 1B are installed on bearings of a swing arm 8 that supports wheels 11. The base end of the swing arm 8 is connected to the rotors 3 and 6 of the rotary generators 1A and 1B, and the stators 2 and 7 are fixed to the vehicle body frame 10. Further, the lower end of the support pipe 9 is connected to the tip of the swing arm 8, the upper end of the support pipe 9 is connected to the support rod 10 </ b> A on the vehicle body frame 10 side by the slide bearing 12, and the body spring 10 is connected by the coil spring 13. To support. With this structure, the weight of the vehicle body is supported by the coil spring 13, and the vertical movement is guided by the displacement energy accumulated in the coil spring 13 by the support rod 10 </ b> A entering and exiting the support pipe 9 via the slide bearing 12. Done. With the above structure, the hydraulic damper currently used is abolished.
[0044]
Therefore, in the above structure, the swing arm 8, the support pipe 9, and the like are excited by the field winding W1 in the rotary generators 1A and 1B by the displacement energy accumulated in the suspension device KS due to the displacement of the wheel 11. A transmission mechanism 100 for relatively moving the magnetic field and the armature winding W2 is configured. Then, in this power generation damper device, the rotary power generators 1A and 1B are operated by the transmission mechanism 100 to regenerate the displacement energy stored in the suspension device KS into electric energy, and the vibration of the coil spring 13 (ie, Vibration of the vehicle body).
[0045]
In general, the displacement of the wheel 11 is not so large, and the angular velocity of the rotating shaft of the swing arm 8 is small. Therefore, the transmission mechanism 100 controls the relative position between the magnetic field excited by the field winding W1 and the armature winding W2. In order to increase the moving speed, there is provided a speed increasing mechanism ZK for increasing a displacement speed due to expansion and contraction of the coil spring 13 provided in the suspension device KS. Specifically, as shown in FIG. 3, the speed-increasing mechanism ZK is fixed to the large-diameter gear 14 fixed to the base end of the swing arm 8 and the rotor shafts of the rotary generators 1A and 1B. It comprises a small-diameter gear 15 meshing with the large-diameter gear 14, and amplifies the rotation speed of the rotors of the rotary generators 1 </ b> A and 1 </ b> B with respect to the rotation angular speed of the swing arm 8.
[0046]
FIG. 4 shows the configuration of the entire system of the power generation damper device of the present invention. As shown in the block diagram of FIG. 4, in addition to the transmission mechanism 100 and the generator 1, a state detection sensor 16 for detecting a vehicle motion state, and a magnetic field excited by the field winding W1 are Excitation by the field winding W1 based on detection information from the state detection sensor 16 and an excitation power supply unit 17 that energizes and excites the field winding W1 so as to change with respect to the armature winding W2. A control unit 18 for controlling the drive of the excitation power supply unit 17 so as to generate a damping force with respect to a relative movement between the applied magnetic field and the armature winding W2, and a battery 19 for supplying a DC voltage. The excitation power supply 17 moves the magnetic field excited by the field winding W1 relative to the armature winding W2. In order to rotate with respect to the line W2, it is configured with an inverter circuit or the like that converts a DC supplied from the battery 19 into an AC having an arbitrary frequency.
[0047]
In FIG. 4, the running vehicle is supported by the suspension device KS, and the role of the power generation damper is to adjust the deflection speed of the coil spring 13 of the suspension device KS and to convert the displacement energy stored in the spring 13 into electrical energy. It is to collect it appropriately. The function of the power generation damper ensures good ride comfort, maneuverability, and stability. Here, if a power generation damper is used in place of the conventional hydraulic damper, part of the displacement energy is regenerated as electric energy, but when the vehicle travels on a rough road surface with a low vehicle speed, the damping force becomes insufficient. In order to calculate this shortage, first, a state quantity representing the motion state of the vehicle is detected by the state detection sensor 16. The state detection sensor 16 is specifically composed of various sensors for detecting the displacement of the spring, the unsprung acceleration, the sprung acceleration, the speed of the vehicle body, the steering angle of the steering wheel, and the like as the motion state of the vehicle. Is input to the control unit 18.
[0048]
The control unit 18 analyzes the information from the state detection sensor 16 and calculates the insufficient damping force. For this purpose, for example, a power spectrum obtained by performing a fast Fourier transform on a sprung acceleration waveform for judging ride comfort is compared with a preset power spectrum of a control target, and damping is performed. Judge whether the power is too much or too little In many cases, the damping force is insufficient. To compensate for the insufficient amount, the excitation power supply unit 17 is drive-controlled to supply a current to the field winding W1 to increase the change of the magnetic flux lines. I do. As a result, a large induced current flows through the armature winding W2 according to Fleming's right hand rule, and a torque is generated between the armature winding W2 and the magnetic field excited in the field winding W1 according to Fleming's left hand rule. Becomes a damping force, and the movement of the rotor of the generator 1 and the suspension KS connected thereto is damped.
[0049]
A specific example in which the damping force is switched by the power generation damper device to ensure good ride comfort and steering stability will be described. For example, when a car turns, a signal of a vehicle speed sensor for detecting the speed of the vehicle body and a signal of a steering sensor for detecting the steering angle of the steering wheel are input to the control unit 18, and the damping force is switched to a higher side by an output signal of the control unit 18. And reduce the roll angle of the vehicle body. In both dive control during sudden braking and squat control during sudden acceleration, the damping force is switched to a higher side to suppress movement. In addition, the damping force is controlled in accordance with the unevenness of the road surface, so that the ride comfort and the ground contact of the wheels can be well balanced. For this reason, the damping force is set small on a good road and high on a bad road.
[0050]
In FIG. 3, when the wheel 11 rides on the road surface protrusion, the swing arm 8 rotates in the direction of the arrow A, and at the same time, the rotor also angularly displaces in the direction of the arrow B. 13 is compressed. At this time, the angular displacement of the rotor becomes external work of the generator 1, and the armature winding W2 cuts off the magnetic field generated by the field winding W1, whereby the external work is converted into electric energy in the generator 1 and regenerated. Is done. Since the swing arm 8 swings up and down to change the direction of the angular displacement, the movement of the swing arm 8 is detected by a Hall element, a sensor of a rotary encoder, or the like, and the direction of the rotating magnetic fields A and AA is switched.
[0051]
As shown in FIG. 4, the electric energy regenerated by the generator 1 is stored in the battery 19, and a DC voltage is supplied from the battery 19 to the excitation power supply unit 17. Therefore, the battery 19 forms an energy storage unit 19 that stores the electric energy regenerated by the generator 1 and supplies the stored electric energy to the excitation power supply unit 17.
[0052]
By the way, although not shown in FIG. 4, when the current obtained by the power generation damper is an alternating current as in the case of the rotary generators 1A and 1B, the current is converted into a direct current by a converter and the battery 19 is discharged. Charge. In addition, when the generated regenerative current is directly supplied to the battery 19, when the vibration of the wheels 11 increases, the current value increases, which may cause overcharging or damage to other electric devices. If the generated electromotive force rises above the set value, a voltage regulator may be provided to reduce the regenerative current and keep the charging voltage constant.
[0053]
As described above, the power generation damper of the present invention utilizes the technology of the inverter using the electric energy supplied from the battery 19 for the purpose of regenerating all the energy stored in the suspension device KS by the generator 1. It is characterized by generating a moving magnetic field (rotating magnetic field). As a result, real-time damping force control is facilitated by the power generation damper device of the present invention, so that energy can be regenerated and energy can be saved while ensuring the best riding comfort and steering stability. In other words, the power generation damper of the present invention can control the vibration of the controlled object in real time, so by constructing a so-called semi-active damper, it is possible to improve the performance compared to the currently widely used passive damper and to save energy. Can be achieved.
[0054]
[Second embodiment]
In the first embodiment, an AC generator-type rotary generator that excites a rotating magnetic field is used. In the second embodiment, a DC generator-type rotary generator 1C shown in FIG. 5 is used. It constitutes a power generation damper. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 5, a coil 21 is wound around a laminated iron plate 20 located on the left and right sides, and a current flows from terminals a and b to this coil 21 to form an electromagnet. In FIG. 5, a current flows in the direction of the arrow, and the left side is an N pole and the right side is an S pole. Therefore, the left and right laminated iron plates 20 are fields, and the wound coil 21 corresponds to the field winding W1. The rotor coil 22 corresponds to the armature winding W2. In the figure, the armature winding W2 is simplified and shown in a single-turn structure. The rotor coil 22 is connected to the suspension device KS, and is in a state of being angularly displaced around the XX 'axis (common axis) in the direction of arrow B by the displacement energy of the spring 13 of the suspension device KS. At this time, electromagnetic induction occurs when the armature winding W2 of the rotor coil 22 cuts off the magnetic flux lines of the field magnetic field by the coil 21. In this case, in order to increase the induced voltage, the rate of change of the magnetic flux lines is reduced. It is necessary to increase it. The method will be described below.
[0055]
If the direct current of the battery 19 is supplied to the coil 21 while being energized or cut off at a high frequency using a chopper technique, the rate of change of the magnetic flux increases. In the second embodiment, the excitation power supply 17 intermittently generates a magnetic field excited by the field winding W1 by supplying and interrupting an excitation current.
[0056]
6 and 7 show drive current waveforms when the DC of the battery 19 is interrupted by a chopper. In the figure, the direction (positive / negative) of the drive current I is reversed to change in response to a change in the rotation direction of the rotor coil 22 (change in the direction of displacement of the coil spring 13 of the suspension device KS) (change point is t1, t1). t2). Note that the current waveform in FIG. 7 is asymmetrical at the rise and fall of the pulse. The reason for this is to prevent the effect of electromagnetic induction from being canceled when the magnetic flux increases and when the magnetic flux decreases. Such a current flows from the terminals a and b of the field winding W1 to form an electromagnet. Since the induced electromotive force is proportional to the number of magnetic fluxes cut by the rotor coil 22 (the armature winding W2), a larger induced voltage is generated by successively switching to a new magnetic flux even with the same angular displacement.
Assuming that the number of magnetic flux lines cut by angular displacement of the rotor coil 22 per unit time is n and the magnetic flux is interrupted m times by the chopper, the number N of magnetic flux lines passed by the rotor coil 22 is nm (N = n M), which means that the induced electromotive force has increased m times.
Thus, the amount of energy absorbed by the power generation damper is increased by m times. By utilizing this and controlling m according to the running state, an optimal damping force can be set.
[0057]
When the direction of displacement of the coil spring 13 of the suspension device KS is reversed and the direction of rotation of the rotor coil 22 (armature winding W2) is reversed, the direction of the induced current is also reversed. If the direction of the current flowing from the excitation power supply unit 17 is also reversed in order to reverse the direction of the excitation current of the magnetic winding W <b> 1, it is possible to extract a direct current whose current direction does not change from the slip ring 23 and the brush 24. In this case, it becomes possible to charge and store the battery 19 without rectifying the induced current.
Until now, a chopper current was passed through the field coil 21 on the stator (laminated iron plate) side to form an electromagnet. On the contrary, a current was passed through the rotor coil 22 with the rotor side being a field (rotor coil 22). Can be used as a field winding W1) and the coil 21 on the stator side can be used as an armature winding W2 to extract an induced current.
[0058]
[Third embodiment]
The power generation dampers of the first and second embodiments described above use a rotary generator in which the excitation magnetic field by the field winding W1 and the armature winding W2 rotate around a common axis. On the other hand, in the third embodiment, like a cylindrical hydraulic damper that operates linearly, a linear power generation in which the magnetic field generated by the field winding W1 and the armature winding W2 relatively move in the axial direction. Machine 1D is used as a power generation damper. Hereinafter, differences from the first and second embodiments will be described.
[0059]
FIG. 8 shows the structure of the linear generator 1D. On the outer peripheral surface of the central pipe 26, a field winding W1 composed of a plurality of windings 25 oriented at right angles to the pipe axis is regularly arranged, and on the inner peripheral surface of the inner pipe 27 located outside thereof. , An armature winding W2 including a plurality of cylindrical windings 28 is arranged. An outer pipe 29 that moves in the axial direction is fitted on the outer circumference of the inner pipe 27. The inner diameter of the right half of the outer pipe 29 is expanded by expansion, and a bearing pipe 36 made of dry metal having a structure in which the front and rear are sandwiched by two dry bearings 30 with the spacer 31 in the middle is provided at the position where the inner diameter is expanded. It is arranged so that the inner pipe 27 and the outer pipe 29 move smoothly in the axial direction. The common axial direction YY 'of the inner pipe 27 and the outer pipe 29 corresponds to the axial direction of the linear generator 1D. In order to form a magnetic circuit (see FIG. 10) described later, the center pipe 26 and the inner pipe 27 are made of a magnetic material such as soft iron. The outer pipe 29 is made of aluminum.
[0060]
A lid member 32 is fixed to the left end of the outer pipe 29 by caulking, and a central pipe 26 is fitted into a cylindrical projection 32A formed on the lid member 32, and is fixedly held. At the left end of 26, a rubber buffer ring 33 is fitted to reduce the impact force when the inner pipe 27 and the outer pipe 29 collide. Further, on both sides of the linear generator 1D, mounting rings 34 and 35 are provided, respectively. The inner pipe 27 is connected to the vehicle body side by the right mounting ring 34, and the outer pipe 29 is connected to the wheel side by the left mounting ring 35. It is connected to.
[0061]
FIG. 9 shows an example of a method of connecting the field winding W1 (winding 25). The winding 25 is simply represented by one winding. As shown in FIG. 8, the plurality of windings 25 are connected every three and divided into three groups, and current supply terminals a, b, and c for each group are provided. The winding group corresponding to the terminal a is indicated by a, and the winding group corresponding to the terminals b and c is similarly indicated by b and c. The windings adjacent to each other in the axial direction are wound in directions opposite to each other. A three-phase alternating current flows through the terminals a, b, and c to generate a magnetic field that moves in the axial direction.
[0062]
FIG. 10 shows a magnetic circuit based on a magnetic field generated by the field winding W1. Each of the windings 25 constituting the field winding W1 is wound around a soft iron oriented in a direction perpendicular to the pipe axis, and the adjacent windings 25 excite magnetic fields in opposite directions such as NS, SN and NS. Have been. As a result, in the adjacent windings 25, magnetic circuits of opposite directions are formed as shown in the figure, and the center pipe 26 and the inner pipe 27 relatively move in the axial direction, so that the armature winding W2 (each cylinder) An induced voltage is generated in the winding 28). The polarity (direction of the induced current) of the induced voltage induced in each of the cylindrical windings 28 in accordance with the relative movement of the center pipe 26 and the inner pipe 27 changes. Connect them in series so that they do not cancel each other out, or connect them in parallel. The method of increasing the induced voltage is as follows.
[0063]
As shown in FIG. 8, when the outer pipe 29 connected to the suspension device KS moves in the direction A due to the displacement of the wheels, the armature winding W2 moves in the direction B, so that the field winding W1 is moved in the direction B. The armature winding W2 cuts off more magnetic flux by generating a moving magnetic field that moves in the direction A opposite to the above, so that the armature winding W2 is highly induced by electromagnetic induction according to Fleming's right-hand rule. Generates voltage. The electromagnetic force generated by the Fleming's left-hand rule acts as a strong braking force between the induced current flowing at this time and the moving magnetic field A, and the movement of the outer pipe 29 and the suspension device KS connected thereto is attenuated. In this way, the displacement energy stored in the suspension spring of the suspension device KS is regenerated as electric energy.
[0064]
FIG. 11 shows a device configuration example in which a power generation damper using the linear generator 1D is applied to a suspension device KS. In FIG. 11, the base end of the swing arm 8 is supported on the body frame 10 in a vertically swingable state, and the upper end of the support pipe 9 connected to the tip of the swing arm 8 is connected to the coil spring 13 of the suspension device KS. The support pipe 9 is connected to the outer pipe 29 of the linear power generator 1D while being supported by the vehicle body frame 10. In the above structure, the coil spring 13 expands and contracts due to the displacement energy of the wheel 11, and the inner pipe 27 and the outer pipe 29 of the linear generator 1D relatively linearly vibrate according to the expansion and contraction of the coil spring 13. For example, as shown in FIG. 11, when the wheel 11 rides on the protrusion, the swing arm 8 is angularly displaced upward as shown by the arrow, and the support pipe 9 compresses the coil spring 13 in the direction of the arrow A. At this time, since the outer pipe 29 moves in the direction of arrow A (the inner pipe 27 moves in the direction B at this time), the field winding W1 (cylindrical winding 25) is moved in the direction of arrow A as described above. By exciting the moving magnetic field that moves to the side, the damping force can be increased.
[0065]
In the linear power generation damper, the rotor is replaced with a slider (corresponding to the inner pipe 27) and the rotating magnetic field is replaced with a linear motion magnetic field, as compared with the rotary power generation damper.
As shown in FIG. 12, the linear vibration of the support pipe 9 is converted into angular vibration using the action of a ball screw, and the rotary generators 1A and 1B are used instead of the linear generator 1D. It is also possible to use. In this case, it is necessary to switch the direction of the rotating magnetic field according to the direction of the linear vibration.
[0066]
[Another embodiment]
In the first and second embodiments, the gear transmission (gear mechanism) is used to configure the speed-increasing mechanism ZK. However, as another technique that can be used, there is a degree of freedom in the mounting positions of the generators 1A and 1B. In order to increase the angular displacement of the swing arm 8, it is also possible to use belt transmission or the like. Specifically, a pulley is attached to the rotors 3 and 6 of the generators 1A and 1B and the rotating part of the swing arm 8, and a so-called power transmission method of connecting the two pulleys with a V-belt is used.
[0067]
In the above embodiment, the energy storage unit for storing the regenerated electric power is constituted by the battery 19; however, other than the battery 19, a capacitor or a capacitor may be used.
[0068]
Next, FIG. 13 shows a modification of a partial structure of the linear generator shown in FIG. In this modified structure, the field winding W1 is composed of a plurality of small-diameter windings 40 wound around the inner peripheral portion of the inner pipe 27 in the pipe axial direction at a distance from each other. An iron ring 42 is fitted between the coils 40, and the magnetic poles of the adjacent windings 40 are magnetic poles of opposite directions, such as NS, SN, and NS. A groove having a rectangular cross section is formed in the central pipe 26, and an armature winding W2 including a plurality of cylindrical windings 41 is wound in the groove. With the above structure, the magnetic circuit shown in FIG. 13 is formed, and the inner pipe 27 and the central pipe 26 are relatively moved in the axial direction to generate an induced voltage in the armature winding W2 (each cylindrical winding 41). Can be done.
[0069]
In the above description, the case where the power generation damper of the present invention is applied to the McPherson type suspension system of an automobile has been described, but the power generation damper of the present invention is not limited to this, and a damping element such as a hydraulic damper is used. It is widespread in the field. Speaking of product fields, in automobiles, suspension systems of double wishbone type, multi-link type, etc., as well as aircraft landing gears, railway vehicle suspension systems, construction machinery suspension systems, agricultural machinery suspension systems, motorcycle suspension systems, snow vehicle suspension systems An apparatus and the like can be specifically mentioned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a generator structure of a power generation damper according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a modification of the generator structure of the power generation damper according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a suspension device including a power generation damper device according to first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a control block diagram of the power generation damper device of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a generator structure of a power generation damper according to a second embodiment.
FIG. 6 is a driving current waveform diagram of a field in the second embodiment.
FIG. 7 is a driving current waveform diagram of a field in the second embodiment.
FIG. 8 is a sectional view showing a generator structure of a power generation damper according to a third embodiment.
FIG. 9 is a connection diagram of a field winding according to a third embodiment.
FIG. 10 is a magnetic circuit diagram of an exciting magnetic field according to a third embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a suspension provided with a power generation damper device according to a third embodiment.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a modification of the transmission mechanism.
FIG. 13 is a magnetic circuit diagram of an exciting magnetic field in another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 generator
1A Rotary generator
1B Rotary generator
1C rotary generator
1D linear generator
11 wheels
16 State detection sensor
17 Excitation power supply
18 Control unit
19 Energy storage unit
100 transmission mechanism
KS suspension system
W1 field winding
W2 armature winding
ZK speed-up mechanism
