JP2009214836A - Electromagnetic suspension - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an electromagnetic suspension, and more particularly to a rotation transmission device provided between a rotating member of an electromagnetic suspension and an electric motor.
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。
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。 An object of the present invention is to improve an electromagnetic suspension. For example, the ratio between the rotational angular velocity of a motor-side rotating shaft connected to an electric motor and the rotational angular velocity of a suspension-side rotating shaft connected to a rotating member is variable. It is to do.
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。
The electromagnetic suspension according to
In the electromagnetic suspension described in this section, the motor-side rotating shaft is connected to the rotating shaft (motor shaft) of the electric motor, and the suspension-side rotating shaft is connected to the rotating member. When the motor shaft of the electric motor is directly connected to the motor-side rotating shaft (the motor-side rotating shaft and the motor shaft are connected so as not to be relatively rotatable, the motor shaft and the motor-side rotating shaft are integrated. The motor side rotating shaft and the motor shaft may be connected in a relatively rotatable manner, but the motor side rotating shaft may rotate. A predetermined relationship is established between the angular velocity and the rotational angular velocity of the motor shaft of the electric motor, and these correspond one-to-one. Similarly, when the rotating member is directly connected to the suspension side rotating shaft (the suspension side rotating shaft and the rotating member are connected so as not to be relatively rotatable, the rotating member and the suspension side rotating shaft are integrally formed. In some cases) or indirectly connected via a transmission or the like (the suspension-side rotating shaft and the rotating member are connected so as to be relatively rotatable), but the suspension-side rotating shaft rotates. A predetermined relationship is established between the angular velocity and the rotational angular velocity of the rotating member, which corresponds one-to-one. The rotation transmission device is provided between the motor side rotation shaft and the suspension side rotation shaft. The output torque of the electric motor is applied to the rotating member via the rotation transmission device, whereby a vertical force is applied to the non-rotating member, and a vertical force is applied between the spring top and the spring bottom.
In the rotation transmission device for the electromagnetic suspension described in this section, the transmission gear ratio that is the ratio (ε = ω S / ω M ) of the rotation angular velocity ω S of the suspension side rotation shaft to the rotation angular velocity ω M of the motor side rotation shaft is variable. Is done. Hereinafter, in order to simplify the description in the present specification, when the motor-side rotating shaft and the motor shaft of the electric motor are directly connected and the suspension-side rotating shaft and the rotating member are directly connected, that is, the motor-side rotating It is assumed that the rotational angular velocity of the shaft is the same as the rotational angular velocity of the motor shaft of the electric motor, and that the rotational angular velocity of the suspension-side rotational shaft and the rotational angular velocity of the rotating member are the same.
For example, the absolute value of the expansion / contraction speed (corresponding to the rotational angular speed of the rotating member and the rotational angular speed of the suspension-side rotating shaft, hereinafter abbreviated as the vertical stroke speed) between the sprung part and the unsprung part is larger than the set value. rotational speed N M of the motor, its upper limit rotation speed determined by the characteristics of the electric motor N MAX if (synchronous speed and may be referred to) composed of large (N M> N MAX), by a large value the speed ratio ε For example, the rotational speed N M of the electric motor can be made smaller than the upper limit rotational speed N MAX (N M <N MAX ). As a result, an appropriate vertical force can be applied between the sprung portion and the unsprung portion. In addition, even if the absolute value of the vertical stroke speed is large, the rotation speed of the electric motor can be reduced. Therefore, the electric motor can be made smaller in the upper limit rotation speed N MAX . Cost can be reduced.
Furthermore, by reducing the speed ratio ε than during power running operation at the time of regenerative operation, it is possible to increase the rotational speed N X of the electric motor with respect to the absolute value of the vertical stroke speed. As a result, the electromotive force can be increased and the power storage device can be charged effectively.
The rotation transmission device transmits rotation between two rotation shafts connected to each other, and transmits rotation angular velocity and torque. Between the transmission ratio ε ro (ω S / ω M ) and the torque ratio ε tq (T S / T M ), the relational expression ε ro · ε tq = 1.
Is often established, but may not be established. For example, even if the speed ratio ε ro changes, the torque ratio ε tq may be constant. In the electromagnetic suspension described in this section, at least the gear ratio is variable.
In the electric motor, the rotation axis of the motor shaft of the electric motor (or the rotation axis of the motor-side rotation shaft) and the rotation axis of the rotating member (or the rotation axis of the suspension-side rotation shaft) are on the same straight line. Even if it provides, you may provide in the state which does not exist on the same straight line. When it is provided in a state that does not exist on the same straight line, it is provided in a state where the two rotation axes are in the same plane (the two rotation axes are separated from each other in parallel or the two rotation axes intersect). Or you may provide in the state (position of a twist) which two rotation axes do not exist in the same plane.
In the electromagnetic suspension, the rotating member may be a rod-shaped screw shaft, the non-rotating member may be a nut member screwed to the screw shaft, the rotating member may be a nut member, and the non-rotating member may be a screw shaft.
Furthermore, the electric motor may be a direct current motor or an alternating current motor, and may be of any kind. For example, a brushless DC motor or an induction motor can be used.
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。 In the following, the invention that is claimed to be claimable in the present application (hereinafter sometimes referred to as “claimable invention”. The claimable invention is at least the “present invention” to the invention described in the claims. Some aspects of the present invention, including subordinate concept inventions of the present invention, superordinate concepts of the present invention, and inventions of other concepts) will be exemplified and described. As with the claims, each aspect is divided into sections, each section is numbered, and is described in a form that cites the numbers of other sections as necessary. This is merely for the purpose of facilitating understanding of the claimable invention, and is not intended to limit the set of components constituting the claimable invention to those described in the following sections. In other words, the claimable invention should be construed in consideration of the description accompanying each section, the description of the embodiments, etc., and as long as the interpretation is followed, another aspect is added to the form of each section. In addition, an aspect in which constituent elements are deleted from the aspect of each item can be an aspect of the claimable invention.
(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。
(1) (a) an electric motor, and (b) a rotating member provided between a sprung portion and a unsprung portion of the vehicle and capable of transmitting rotation to and from the electric motor via a rotation transmitting device; (c) The rotating member is provided with a non-rotating member engaged in a state in which a rotational motion and a linear motion can be converted, and a vertical force is applied between the spring upper portion and the spring lower portion. Electromagnetic suspension,
The rotation transmission device is provided between a motor-side rotating shaft connected to the electric motor and a suspension-side rotating shaft connected to the rotating member, and the motor-side rotating shaft has a rotation angular velocity of the suspension-side rotating shaft. An electromagnetic suspension characterized in that it is a variable transmission ratio type rotation transmission device in which the ratio of the rotation angle to the rotational angular velocity is variable.
(2) The electromagnetic suspension according to (1), wherein the electric motor is provided in a state where the line axis thereof and the rotation axis of the rotating member do not exist on the same straight line (Claim 2).
(3) The electromagnetic suspension according to (2), wherein the electric motor is provided in a state in which a rotation axis of the electric motor and a rotation axis of the rotating member are separated from each other in parallel.
Compared to the case where the electric motor is provided in a state where the rotation axis of the electric motor and the rotation axis of the rotating member are on the same straight line, the allowable stroke between the spring upper part and the spring lower part can be increased. The degree of freedom in design can be improved. In particular, it is effective in the case where there is a great design restriction to provide the same line.
The same applies to the relationship between the rotation axis of the motor-side rotation shaft and the rotation axis of the suspension-side rotation shaft. Even if the electric motor is provided in a state where these two rotation axes exist on the same straight line, they are separated from each other. You may provide in a parallel state.
(4) In the transmission ratio variable type rotation transmission device, when the absolute value of the expansion / contraction speed of the distance between the sprung portion and the unsprung portion is larger than a predetermined setting value, The electromagnetic suspension according to any one of (1) to (3), further including a high-speed movement speed ratio control unit that increases the ratio.
Setting value V th of the absolute value of the vertical stroke speed, for example, if the gear ratio ε is the reference value, the rotational speed of the electric motor N M is an upper limit rotation speed N MAX is determined by the characteristics of the electric motor or the upper limit when the rotational speed less than the set rotational speed N th, can be sized up and down stroke speed.
In this case, the reference value is the speed ratio in the rotation transmission device when the absolute value of the up / down stroke speed is equal to or less than the set value Vth . The gear ratio when the absolute value of the vertical stroke speed is equal to or less than the set value V th is determined in advance based on one or more of the characteristics of the electric motor, the specifications of the electromagnetic suspension, the specifications of the rotation transmission device, and the like. If the value is 1, the value may be 1.
In the electromagnetic suspension described in this section, when the absolute value of the vertical stroke speed is larger than the set value Vth , the transmission ratio is set to a value larger than the reference value. The speed ratio ε may be a constant value or a value determined by the absolute value of the vertical stroke speed. Gear ratio ε is, for example, during normal running of the vehicle, even if a large absolute value of the vertical stroke speed, it is desirable that the rotational speed N M of the electric motor is a size that does not exceed the upper limit rotation speed N MAX.
Since the absolute value of the up / down stroke speed corresponds to the number of rotations of the rotating member, the absolute value of the up / down stroke speed can also be expressed by the number of rotations of the rotating member.
(5) The high speed movement speed ratio control unit includes a ratio gradually increasing unit that increases the ratio as the absolute value of the expansion / contraction speed increases when the absolute value of the expansion / contraction speed is larger than the set value ( The electromagnetic suspension described in 4).
When the absolute value of the up / down stroke speed is larger than the set value Vth, if the speed ratio ε is increased as the absolute value of the up / down stroke speed increases, the rotation speed of the electric motor can be kept constant below the upper limit rotation speed N MAX . or maintaining the size, rotational speed N M of the electric motor can be or to not larger than the upper limit rotational speed N MAX.
(6) A ratio increasing unit that makes the ratio larger than when the absolute value of the expansion / contraction speed of the distance between the sprung portion and the unsprung portion is large. The electromagnetic suspension according to any one of (1) to (5).
When the speed ratio ε is large, the number of rotations of the electric motor with respect to the absolute value of the vertical stroke speed can be made smaller than when the speed ratio ε is small. As a result, the ability of the switching circuit for controlling the electric motor and the ability of the computer can be reduced, and the cost can be reduced accordingly.
(7) The speed ratio variable type rotation transmission device includes a regenerative operation speed ratio control unit that reduces the ratio when the electric motor is in a regenerative operation state than in a powering operation state. The electromagnetic suspension as described in any one of thru | or (6) term (Claim 5).
Electromotive force generated by an electric motor to a case of operating as a generator, since the rotational speed magnitude corresponding to of the electric motor (induction), regenerative operation, the row when the rotation speed N M of the electric motor is large It is better to be
Therefore, at the time of regenerative operation, to reduce the speed ratio epsilon, it is that reasonable to increase the rotational speed N M of the electric motor with respect to the absolute value of the vertical stroke speed.
In addition, the regenerative operation can be performed in a region where the regenerative operation has not been performed due to the low rotation speed of the electric motor.
In the electromagnetic suspension described in this section, when the speed ratio ε is the reference value during the power running operation, the value is smaller than the reference value during the regenerative operation.
The feature described in this section can be applied not only when the electric motor is in the regenerative operation state but also when it is desirable to apply a damping force to the suspension. For example, it is desirable to increase the rotation speed of the electric motor not in a state where positive vertical force is applied but in a short circuit state, a state functioning as a generator, a power generation braking state, or the like.
(8) When the power storage amount stored in the power storage device, which is the power source of the electric motor, is less than or equal to a predetermined set amount, the electromagnetic suspension is configured so that the decreasing slope of the power storage amount is a predetermined set gradient. The electromagnetic suspension according to item (7), including an electric motor control unit that performs the regenerative operation in at least one of the cases described above.
When the amount of power stored in the power storage device is equal to or less than a predetermined set amount, it is desirable to stop the control of the vertical force by the electric motor and charge the power storage device. In addition, when the power storage device is common to the power source of another power consuming device (for example, a drive motor) mounted on the vehicle, in a state where power is supplied to the other power consuming device, There is a case where the amount of stored electricity increases and decreases at a set gradient or more. In this case, it is desirable that charging is performed by regenerative operation of the electric motor of the electromagnetic suspension.
(9) The electromagnetic suspension obtains a charge request level in the power storage device based on at least one of a power storage amount stored in a power storage device that is a power source of the electric motor and a decrease rate of the power storage amount. The electromagnetic suspension according to any one of items (1) to (8), further including a charge request corresponding speed change ratio determining unit that reduces the ratio when the degree of the charge request is strong when compared with the weak case.
If the ratio is reduced, such as when the amount of power stored in the power storage device is large or when it is predicted that the power will be insufficient, the rotational speed of the electric motor relative to the absolute value of the vertical stroke speed at that time will be increased. And regenerative efficiency can be increased.
(10) The variable transmission ratio rotation transmission device includes: (i) a variable pulley connected to the motor-side rotation shaft and the suspension-side rotation shaft, respectively, and a belt stretched between the pair of variable pulleys. And (ii) a groove width changing portion for changing the width of the belt by changing the width of the V-shaped groove of the pair of variable pulleys. (1) to (9) The electromagnetic suspension as described in any one of Claims (Claim 6).
In the continuously variable transmission mechanism, the gear ratio ε is expressed by the following equation: ε = R M / R S = ω S / ω M = T M / T S
Can be expressed as
R M and R S are the belt engagement diameter of the variable pulley connected to the motor-side rotation shaft and the belt engagement diameter of the variable pulley connected to the suspension-side rotation shaft, respectively, and T M and ω M are Torque and rotational angular velocity applied to the motor-side rotating shaft, and T S and ω S are torque and rotational angular velocity applied to the suspension-side rotating shaft. In the continuously variable transmission mechanism, the product of the transmission ratio (ω S / ω M ) and the torque ratio (T S / T M ) is 1.
As shown in the above equation, the gear ratio ε can be changed by changing the ratio of the contact diameters R M and R S of the pair of variable belts.
(11) The transmission ratio variable type rotation transmission device is provided between (i) a sun gear connected to the motor side rotation shaft, a ring gear connected to the suspension side rotation shaft, and the sun gear and the ring gear. A planetary gear mechanism including a planetary gear; and (ii) a planetary gear carrier rotation control unit that changes the ratio of the rotation angular velocity of the sun gear and the rotation angular velocity of the ring gear by controlling the rotation state of the planetary gear carrier that holds the planetary gear. The electromagnetic suspension according to any one of items (1) to (10), including:
When the planetary gear carrier is prevented from rotating in the planetary gear mechanism, the transmission ratio ε P0 is expressed by the equation ε P0 = −Z M / Z R = ω R / ω M = T M / T R
Can be expressed as
Z M and Z R are the number of teeth of the sun gear (electric motor side) and the number of teeth of the ring gear, respectively. T M and ω M are the torque and rotational angular velocity of the sun gear, and T R and ω R are the ring gear. Torque and rotational angular velocity. When the planetary carrier is prevented from rotating, the product of the gear ratio (ω R / ω M ) and the torque ratio (T R / T M ) between the ring gear and the sun gear is 1.
Further, when the suspension-side rotating shaft is connected directly to the ring gear, in the above formulas, Z R, omega R, the T R, respectively, the number of teeth of the suspension side rotation shaft side, the rotation angular velocity of the rotating member, Torque can be used. On the other hand, when the suspension-side rotating shaft is connected to a suspension-side gear that meshes with the ring gear, the gear ratio between the ring gear and the suspension-side gear (rotating member side) is γ (−Z R ′ / Z S = Ω S / ω R ), the gear ratio ε (ratio of the rotational angular velocity ω S of the suspension-side rotary shaft to the rotational angular velocity ω M of the motor-side rotary shaft) in the rotation transmission device is expressed by the equation ε = ε P0 · γ
It will be represented by When the suspension side gear meshes with the outer peripheral side of the ring gear, Z R ′ is the number of teeth on the outer peripheral side (suspension side) of the ring gear, and Z R is the number of teeth on the inner peripheral side (planetary gear side) of the ring gear. It becomes.
In the present specification, the rotational angular velocity ω and the torque T each have a direction and a magnitude, and the signs (positive and negative) represent the rotational direction of the rotating shaft and the direction of the torque. When the planetary gear carrier is fixed, the direction of rotation is reversed between the ring gear and the sun gear.
When the planetary gear carrier provoking rotation (planetary gear revolves), the rotational angular velocity omega RY of the ring gear, when the rotational angular velocity of the planetary gear carrier and the omega C, wherein ω RY = - (Z M / Z R) (ω MY −ω C ) + ω C = ε P0 (ω MY −ω C ) + ω C
Can be expressed as The rotational angular velocity when the planetary gear is revolving is distinguished by adding a subscript Y. The ring gear torque T M is
T R = T M / ε P0
Can be expressed as
The gear ratio ε Y when the planetary gear is revolved is
ε Y = ω RY / ω MY = − (Z M / Z R ) {1−ω C / ω MY } + ω C / ω MY
It becomes.
From these equations, when the planetary gear carrier is rotated in the same direction as the sun gear (electric motor), the absolute value of the rotational angular velocity of the ring gear is smaller than that when the planetary gear carrier is fixed, and the gear ratio ε The absolute value of Y becomes smaller. Further, when the planetary gear carrier is rotated in the opposite direction to the sun gear, the absolute value of the rotational angular velocity of the ring gear is increased, and the absolute value of the speed ratio ε Y is increased.
In this case, since the torque ratio (1 / ε P0 ) is constant, the product of the speed ratio ε Y and the torque ratio (1 / ε P0 ) is not 1.
The gear ratio ε Y can also be changed by switching between a state where the rotation of the planetary gear carrier is allowed and a state where it is blocked. When the rotation of the planetary gear carrier is free, the rotation angular velocity ω R of the ring gear is 0, and in the state where the rotation is blocked, the rotation angular velocity ω R is ε P0 · ω M , and the tolerance is adjusted. The rotation angular velocity ω R of the ring gear can be set to an intermediate value between them.
(12) When the planetary gear carrier rotation control unit changes the vehicle height, which is a relative position of the spring upper part to the spring unsprung part, by controlling the rotation state of the planetary gear carrier, the change in vertical force The electromagnetic suspension according to item (11), further including a vehicle height control unit that controls a relationship between a speed and a change speed of the vehicle height.
In the planetary gear mechanism, as described above, even if the planetary gear carrier is rotated or prevented from rotating, the ratio of the ring gear torque to the sun gear torque is constant, whereas the planetary gear carrier is rotated. The ratio between the rotational angular velocity of the ring gear and the rotational angular velocity of the sun gear varies depending on whether or not the rotation is prevented. Therefore, by controlling the rotation state of the planetary gear carrier, the relationship between the rotation angular velocity of the ring gear and the change in torque can be controlled even if the change in the rotation angular velocity and torque of the sun gear is constant. It is possible to control the relationship between the vertical stroke speed between the spring and the unsprung part and the change speed of the vertical force applied between them.
(13) In the transmission ratio variable type rotation transmission device, when the absolute value of the expansion / contraction speed of the distance between the sprung portion and the unsprung portion is larger than a predetermined set speed, the ratio is determined in advance. The electromagnetic suspension according to any one of items (1) to (12), including a high-speed expansion / contraction speed ratio determining unit that is larger than a set value corresponding to the expansion / contraction speed.
Stretching speed corresponding setting value is in a normal running state of the vehicle, the absolute value of the upper and lower stroke speed is even set speed over a predetermined rotation speed N M of the electric motor is equal to or less than the upper limit rotation speed N MAX or the size, rotational speed N M of the electric motor can, etc. or to the size of the desired size.
The speed ratio ε can be a predetermined fixed value larger than the set value corresponding to the expansion / contraction speed, or a value determined by the absolute value of the up / down stroke speed.
(14) A regenerative operation speed ratio determining unit that sets the ratio to a value smaller than a preset value corresponding to a regenerative operation when the electric motor is in a regenerative operation state. The electromagnetic suspension according to any one of (1) to (13).
The regenerative operation setting value is, for example, a large value at which the rotation speed of the electric motor is equal to or higher than the set rotation speed suitable for the regenerative operation even when the absolute value of the vertical stroke speed is equal to or less than the set speed in the normal traveling state of the vehicle. It can be.
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。
Hereinafter, an electromagnetic suspension according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, the electromagnetic suspension includes a vertical force generator 4, an electric motor 6, a rotation transmission device 8, and the like.
The vertical force generator 4 is provided between the
Further, a vertical force generator 4 and a
Further, the electric motor 6 is provided at a position of the
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。
The
The
The
In the present embodiment, the axis L S direction (up and down) between the chamber shell 30 (and the housing 28) connected to the spring
The
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。
The vertical force generator 4 includes the
The screw shaft 42 is supported by the
The screw shaft 42 is provided so as to penetrate the inner peripheral side of the nut member 44. Threaded portions are formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 42 and the inner peripheral surface of the nut member 44, and are screwed together via bearing balls. The nut member 44 is fitted to the
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。
The vertical force transmission device 64 includes a
The
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。
Since the
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。
The rotation transmission device 8 is a variable transmission ratio type rotation transmission device, and has a continuously variable transmission mechanism in this embodiment. The rotation transmission device 8 includes a
The
Similarly, the
In the present embodiment, the engagement diameter of the
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。
A
The valve devices 146 and 148 can also control the inflow and outflow flow rates of the hydraulic fluid in the
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。
As shown in FIG. 2, the electric motor 6 is a three-phase brushless DC motor in which three-phase coils 150, 152, and 154 are star-connected (Y-connected), and is controlled by control of an
The electromotive force generated by the function of the electric motor 6 as a generator can be regenerated in the
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。
FIG. 6 shows TN characteristics (torque / rotational speed characteristics) of the electric motor 6 in this embodiment. As shown in the figure, at the time of power running, the rotational speed N M is capable of outputting torque is reduced significantly, during regenerative operation, it can be outputted torque and rotational speed N M is reduced is reduced. Further, as shown in the figure, regarding the TN characteristics of the electric motor 6 in the present embodiment, the relationship between the rotational speed and the outputtable torque is a relationship represented by a straight line. Even if the electric motor 6 having this characteristic rotates at a speed higher than the upper limit rotational speed N MAX , no driving torque is generated. For this reason, during powering operation, it is usually used within a range not exceeding the upper limit rotational speed N MAX . In the state in which the electric motor 6 is rotating at a speed higher than the upper limit rotation speed N MAX , the electric motor 6 operates as a generator, so that the speed of changing the distance between the spring
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。
As shown in FIG. 3, the
The
The power
The vertical force
The storage unit stores a plurality of programs, data, and the like such as the electric motor control program represented by the flowchart of FIG. 4 and the transmission ratio control program represented by the flowchart of FIG.
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。
In the electromagnetic suspension configured as described above, when the electric motor 6 is driven by power supplied from the
In the present embodiment, control that combines vibration suppression control, roll suppression control, and pitch suppression control is executed. For each of the front, rear, left, and right wheels, the target vertical force is determined in each of the vibration suppression control, roll suppression control, and pitch suppression control, and the total of the target vertical force determined in each is output. A current supplied to the motor 6 (inverter 156) is controlled.
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。
In the vibration suppression control, the target vertical force (vibration suppression target value) is determined to have a direction and magnitude that can suppress the vibration of the sprung
In the roll suppression control, the target vertical force (the target value for roll suppression) is determined to have a direction and magnitude that can suppress the roll moment generated when the vehicle turns. The direction of the roll suppression target value is the direction in which the sprung
In the pitch suppression control, the target vertical force (target value for pitch suppression) is determined to have a direction and magnitude that can suppress the pitch moment generated during braking and braking of the vehicle body. For example, at the time of driving, the direction of the target value for pitch suppression is a direction in which the spring
The target vertical force in each of the front, rear, left and right electromagnetic suspensions is the sum of the vibration suppression target value, the roll suppression target value, and the pitch suppression target value.
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。
Further, when a vertical force is applied to the vertical force generator 4 by road surface input or the like, torque is applied to the screw shaft 42 via the
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。
In this embodiment, the speed ratio ε in the rotation transmission device 8 is controlled based on the vertical stroke speed, the operating state of the electric motor 6 and the like as shown in FIGS. By the motion conversion mechanism 60, the rotational speed of the screw shaft 42 and the absolute value of the vertical stroke speed (the absolute value of the differential value with respect to the time of the detected value by the vehicle height sensor 172) correspond one-to-one.
The speed ratio ε can be expressed as the following equation.
ε = R M / R S = ω S / ω M = T M / T S
In the above equation, R M and R S are the engagement diameters of the
From the above equation, in the rotation transmission device 8, there is a relational expression ε ro · ε tq = 1 between the speed ratio ε ro (ω S / ω M ) and the torque ratio ε tq (T S / T M ).
It can be seen that In the rotation transmission device 8 in the present embodiment, when the gear ratio changes, the torque ratio also changes accordingly.
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。
As shown in FIG. 7A, the gear ratio ε is set to a reference value ε 0 (for example, 1) in the normal operation state. The normal operating state is a normal traveling state of the vehicle, and is a state where the absolute value of the vertical stroke speed is equal to or less than the set value Vth . Setting value V th, when the speed ratio epsilon is the reference value epsilon 0, a rate at which the rotational speed N M of the electric motor 6 is the upper limit rotation speed N MAX (see FIG. 6).
ε 0 = R M0 / R S0 = ω S0 / ω M0 = T M0 / T S0
However, in the state the gear ratio is the reference value epsilon 0, the upper and lower absolute value of the stroke speed is greater than the set value V th, when the rotational speed N M of the electric motor 6 is greater than the upper limit rotation speed N MAX is drawing As shown in FIG. 7B, the speed ratio ε of the rotation transmission device 8 is increased to ε H. In the rotation transmission device 8, the engagement diameter R S of the
As a result, even if the absolute value of the vertical stroke speed is large, the rotational speed of the electric motor 6 can be reduced, for example, the rotational speed NHH shown in FIG. In this case, the vertical force generator 4 includes
T SH = T MH / ε H
A torque T SH having a magnitude represented by
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。
On the other hand, the case where the storage amount Q of the
In regenerative operation, a larger electromotive force is obtained when the rotational speed of the electric motor 6 is larger. Therefore, the rotational speed N M of the electric motor 6 is usually regenerative operation is not performed when the regenerative corresponding set speed N thr smaller (N M <N thr) shown in FIG. In contrast, in the present embodiment, even with a small absolute value of the vertical stroke speed for speed ratio ε is reduced during regenerative operation, it is possible to increase the rotational speed N M of the electric motor 6, conventionally, the row Regeneration operation can be performed even if it is not missed. Further, since the number of revolutions of the electric motor 6 can be increased even in a region where the regenerative operation is performed conventionally, the generated electromotive force is increased accordingly, and the
In the case where the electromagnetic suspension in this embodiment is provided in a hybrid vehicle or an electric vehicle, when the
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。
The electric motor control program of FIG. 4 is executed at predetermined time intervals while the vehicle is traveling.
In step 1 (hereinafter abbreviated as S1. The same applies to other steps), the amount of power storage is detected, and it is determined whether or not there is a charge request. As described above, the charge request is generated in at least one of the case where the charged amount Q is smaller than the set amount Q th and the decrease gradient (−dQ / dt) of the charged amount Q is equal to or greater than the set gradient (ΔQ th ). It is determined that there is. If there is no charge request, it is determined in S2 whether or not there is a request for control of the vertical force. As described above, when the control of the vertical force is executed when a predetermined start condition is satisfied, it is determined that there is a control request when the start condition is satisfied. If the vertical force control is always performed while the vehicle is running, the determination in S2 is always YES.
If there is a request for control of the vertical force, in S3, control of the current supplied to the electric motor 6 (control of the inverter 156) is performed for the wheel so that the target vertical force is obtained. On the other hand, when there is a charge request, regenerative operation is performed in S4.
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。
The transmission ratio control program represented by the flowchart of FIG. 5 is executed at predetermined time intervals while the vehicle is running.
In S11, it is determined whether or not there is a charge request, as in the case described above. If there is no charge request, the vertical stroke speed is acquired based on the differential value (dH / dt) of the detected value H by the
On the other hand, if there is a charge request, the gear ratio ε is set to a value ε L smaller than 1 (reference value) in S16.
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。
As described above, in the present embodiment, as shown by the solid line of FIG. 8 (a), when the absolute value of the upper and lower stroke speed is greater than the set value V th has gear ratio ε than the set value or less V th Increased. As a result, as shown by the solid line in FIG. 8 (b), the rotational speed N M of the electric motor 6 can be prevented from becoming excessively large, even larger absolute value of the upper and lower stroke speed, the appropriate torque Can be added.
Further, since the rotational speed N M of the electric motor 6 is prevented from becoming excessively large, the electric motor 6, it is out of those of the upper limit rotation speed N MAX is small characteristics. As a result, the cost of the electric motor 6 can be reduced.
Further, the switching speed of the switch of the
Further, during regenerative operation, it is possible to increase the rotational speed N M of the electric motor 6 with respect to the absolute value of the vertical stroke speed, it is possible to generate a large electromotive force, effective electrical
In the present embodiment, the screw shaft 42 corresponds to a rotating member, and the nut member 44 corresponds to a non-rotating member.
Further, a part for storing S12, 13, 15 of the transmission ratio control program of FIG. 5 of the
Further, a portion for storing S14-16 of the gear ratio control program of FIG. 5 of the
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。
The set value V th of the absolute value of the vertical stroke speed described above can be set to a value smaller than the speed corresponding to the upper limit rotation speed N MAX of the electric motor 6. Thereby, it is possible to satisfactorily avoid that the rotation speed of the electric motor 6 exceeds the upper limit rotation speed NMAX .
Further, the control of the speed ratio ε is not limited to that in the above embodiment. For example, the speed ratio ε can be set to a value that increases as the absolute value of the vertical stroke speed increases as indicated by the alternate long and short dash line in FIG. By doing so, for example, it is possible to maintain the rotational speed N M of the electric motor 6 constant. In this case, it is desirable that the relationship between the speed ratio ε and the absolute value of the up / down stroke speed is tabulated and stored in the storage unit in advance. Further, the gear ratio ε can be controlled to be larger when the absolute value of the vertical stroke speed is large than when it is small. Thereby, the rotational speed of the electric motor 6 can be relatively reduced. Furthermore, the speed ratio ε can be controlled so that the number of rotations of the electric motor 6 becomes a desired magnitude.
Furthermore, when the charge request level in the
In the above embodiment, the screw shaft 42 is a rotating member and the nut member 44 is a non-rotating member. However, the nut member 44 is a rotating member and the screw shaft 42 is a non-rotating member. It can also be applied to suspensions.
Further, in the above embodiment, the electric motor 6 has a characteristic in which the relationship between the torque and the rotational speed is represented by a straight line, but has a characteristic in which the relationship between the torque and the rotational speed is represented by a curve. It can also be applied to things.
Further, the electric motor 6 can be an electric motor with a speed reducer, or a transmission can be provided between the
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。
Furthermore, in the above-described embodiment, the rotation transmission device has a continuously variable transmission mechanism including a variable pulley, but may have a planetary gear mechanism. An example in that case is shown in FIG.
In this embodiment, the vertical force generator 200 is provided between the spring
The nut member 210 is fixed to the
The suspension spring 202 is provided between an
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。
The
The
The three
In this embodiment, the vertical force applied to the electromagnetic suspension 200 is controlled by the control of the main
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。
In this embodiment, the gear ratio γ between the
It is represented by Here, ω S , Z S , T S are the rotational angular velocity, the number of teeth, and the torque of the
Further, in the planetary gear mechanism, in a state where the rotation of the
Represented by Here, ω M , Z M , and T M are the rotational angular velocity, the number of teeth, and the torque of the
From these relationships, the rotational angular speed of the sun gear 250 (the rotational angular speed ω of the main electric motor 220) at the transmission ratio ε {the rotational angular speed of the suspension side gear 256 (the rotational angular speed ω S of the screw shaft 208 of the electromagnetic suspension 200) in the rotation transmission device 226. M )) (ω S / ω M )} is given by the equation ε = ε P · γ
Can be expressed as From this equation, when the gear ratio γ is 1, the transmission gear ratio ε P in the planetary gear mechanism and the transmission gear ratio ε of the
The rotational angular velocity and torque are values having a magnitude and a direction. When the directions are opposite, the signs (+,-) are reversed. In this embodiment, the gear ratio γ and the speed ratio ε P in the planetary gear mechanism are negative values. The rotation direction of the
Hereinafter, in order to simplify the description, the gear ratio ε P in the planetary gear mechanism will be described.
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。
As shown in FIG. 10A, when the revolution of the
As described above, the transmission ratio ε P0 in the planetary gear mechanism is expressed by the equation ε P0 = −Z M / Z R = ω R0 / ω M0 = T M / T R
The value represented by
As shown in FIGS. 10B and 10C, when the
It is known that Further, from this equation, the gear ratio ε P when the revolution speed of the
It becomes.
As shown in FIG. 10B, when the
| Ε PH | = | ω RH / ω M |> | ε P0 |
As shown in FIG. 10C, when the
| Ε PL | = | ω RL / ω M | <| ε P0 |
In this case, the rotational angular speed ω RL of the
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。
As shown in FIG. 11, the
The main
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。
In the present embodiment, the main
Steps in which the same execution is performed in the transmission ratio control program represented by the flowchart of FIG. 12 and the transmission ratio control program represented by the flowchart of FIG.
In S20, it is determined whether or not the main
If the main
In the present embodiment, the planetary gear carrier rotation control unit is configured by the part for storing S14 ', 15', 16 ', the part for executing, etc. of the
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。
In the above embodiment, the revolution speed is a fixed value, but the magnitude of the revolution speed can be determined each time. For example, if the revolution speed of the
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。
In the above embodiment, the rotation state of the
In FIG. 13, the
In addition, brakes 312 and 314 are provided on the
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。
A
By controlling the fluid pressure in the
Thus, by controlling the hydraulic pressures of the brakes 312 and 314, the
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。
The brakes 312 and 314 may be electric brakes that are driven by solenoids, electric motors, or the like.
Further, in the electromagnetic suspension of Figure 9 and 13, it may be provided coaxially with the rotation axis L M of the
In addition to the above-described embodiments, the present invention can be carried out in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
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
4, 200: Vertical force generator 6: Electric motor 8: Rotation transmission device 12: Spring lower portion 14: Spring upper portion 42: Screw shaft 44: Nut member 50: Rotating shaft 60: Motion conversion mechanism 64: Vertical
Claims (7)
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。 (a) an electric motor, and (b) a rotating member provided between the sprung portion and the unsprung portion of the vehicle and capable of transmitting rotation to and from the electric motor via a rotation transmitting device, and (c) An electromagnetic suspension that includes a non-rotating member engaged with the rotating member in a state where conversion between a rotational motion and a linear motion is possible, and applies a vertical force between the spring upper portion and the spring lower portion. There,
The rotation transmission device is provided between a motor-side rotating shaft connected to the electric motor and a suspension-side rotating shaft connected to the rotating member, and the motor-side rotating shaft has a rotation angular velocity of the suspension-side rotating shaft. An electromagnetic suspension, characterized in that it is a variable transmission ratio type rotation transmission device in which the ratio to the rotational angular velocity is variable.
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