JP2012500375A - 直線出力を伴った対向回転モータを備えたアクチュエータ - Google Patents

Abstract

アクチュエータ（１００）は第１回転モータ（１０２）と、第２回転モータ（１０４）と、第１および第２回転モータに連結されたトランスミッションと、を含んでいる。トランスミッションは第１回転モータ（１０２）の第１方向における回転と、それと同時の第２モータ（１０４）の第２回転方向における回転と、を出力軸（１２０）の一方向の直線出力に変換する。アクチュエータは自動車用アクティブサスペンションに使用され得る。

Description

本開示は直線動作出力を伴った対向回転モータに関する。

特許文献１は自動車用アクティブサスペンションに使用するためのリニアモータを記載している。

米国特許第４，９８１，３０９号明細書

本発明の目的は、自動車用アクティブサスペンションに使用するための新規なアクチュエータを提供することである。

全体的に、アクチュエータは回転モータと、第２回転モータと、それら第１および第２回転モータに連結されたトランスミッションと、含んでいる。トランスミッションは第１方向における第１回転モータの回転と、第２方向における第２回転モータの回転と、を出力軸の一方向の直線動作へと変換する。

実施例は１つ以上の以下の点を含んでいる。第１および第２回転モータは直列に配列され、共通の軸の周りに回転する。トランスミッションは第１回転モータに結合された第１ボールナットと、第２回転モータに結合された第２ナットであって、第１および第２ボールナットは反対方向のねじ山を備えるように形成された第２ボールナットと、第１ボールナットのねじ山の方向に合致した第１ねじ山領域と、第２ボールナットのねじ山の方向に合致した第２ねじ山領域と、を備えたボールねじと、を含んでいる。第１回転モータは第１軸の周りに回転し、第２回転モータは第１軸と異なった第２軸の周りに回転する。トランスミッションは、第１回転モータに連結された第１回転−直線トランスミッションと、第２回転モータに連結された第２回転−直線トランスミッションと、第１および第２回転−直線トランスミッションに連結されたヨークと、を含んでいる。第１および第２回転−直線トランスミッションは、各々が個々の回転モータに結合されたボールナットと、対応したボールナットと出力軸とに連結されたボールねじと、を含んでいる。第１および第２回転モータを含んだサブアセンブリがコイルバネの内側に少なくとも部分的に配置されている。第１および第２回転モータはコイルバネの内側に全体的に配置されている。第１および第２回転モータの外側に延出した出力軸の一部は、空気バネサスペンション要素の内側に配置されている。

第１パワーアンプは少なくとも第１回転モータを駆動するために接続され、位置センサはトランスミッションの位置を示し、制御回路はエンコーダと第１パワーアンプとに接続され、パワーアンプを作動させて、エンコーダの示した位置に基づいて第１および第２回転モータを協働して駆動するように形成されている。制御回路は、第１および第２回転モータならびに第１および第２とラン寸ミッションの公差の組み合わせに基づいて、第１回転モータの位置から第２回転モータの位置を推測している。第２パワーアンプは第２回転モータに接続され、制御回路も第２パワーアンプに接続されている。位置センサは第１回転モータに接続された回転位置センサを含み、第２回点モータの位置は第１回転モータの位置から推測される。位置センサは第１回転モータに接続された第１回転位置センサと、第２回転モータに接続された第２回転位置センサと、を含んでいる。センサはトランスミッションの動作を示し、制御回路は力のコマンドを受け取り、トランスミッションの反作用慣性とセンサから算出された加速度とに基づいて補正の力を算出し、力のコマンドと補正の力とから全体の力を算出し、且つ全体の力に基づいて第１および第２回転モータを作動させるように形成されている。センサはトランスミッションの力の出力を示し、制御回路は力のコマンドと示された力の出力とを受け取り、力のコマンドと示された力の出力との間の差に基づいて、第１および第２回転モータに供給される力のコマンドを修正する。

ジャバラはサスペンションの第１端部において、第１および第２回転モータの外側に延在したトランスミッションの一部を取り囲み、周囲環境から第１および第２回転モータの内部をシールし、トランスミッションは出力軸を通じて延在した通気孔を含み、前記ジャバラからサスペンションの第２端部における空間まで流体的に連結されている。トランスミッションはボールねじ、ローラねじ、電磁ねじ、静水ねじ（hydrostatic screws）、リードねじ、およびテーパローラねじから成る一群から選択されている。出力軸に沿って配置されたバンパーは、出力軸が最大限退避または伸長した場合に、エネルギを出力軸から周囲構造体へと移送し、少なくともいくらかの出力軸からのエネルギは第１および第２モータを通じて周囲構造に結合されない。

全体的に、一態様において、ホイールアセンブリをバネの付された質量体に連結した自動車用サスペンションでは、サスペンションはホイールアセンブリとバネの付された質量体とに連結されたアクティブサスペンション要素を含んでいる。サスペンションは第１回転モータと、第２回転モータと、第１および第２回転モータに連結されたトランスミッションと、を含んでいる。トランスミッションは、第１回転モータの第１方向における回転と、それと同時の第２モータの第２回転方向における回転と、を出力軸の一方向の直線動作に変換する。

いくつかの実施例において、ホイールアセンブリとバネの付された質量体とに連結されたリンクは、ホイールアセンブリとバネの付された質量体との間の相対動作のジオメトリを制御している。

全体的に一態様において、ホイールアセンブリをバネの付された質量体に連結した自動車用サスペンションでは、サスペンションは第１回転モータと第２回転モータとを含んだアクティブサスペンション要素を含んでいる。第１および第２回転モータはホイールアセンブリとバネの付された質量体とに連結され、それらは直列に配列されて、共通の軸の周りを回転する。第１ボールナットは第１回転モータに結合されており、第２ボールナットは第２回転モータに結合されている。第１および第２ボールナットは反対方向のねじ山を備えるように形成されている。ボールねじはホイールアセンブリおよびバネの付された質量体以外に結合され、第１ボールナットのねじ山の方向に合致した第１ねじ山領域と、第２ボールナットのねじ山の方向に合致した第２ねじ山領域と、を備え、第１方向における第１回転モータの回転と同時の前記第２モータの第２回転方向における回転とをボールねじの一方向の直線動作に変換する。パッシブサスペンション要素はコイルバネを含み、コイルバネは少なくとも部分的にアクティブサスペンション要素を取り囲み、アクティブサスペンション要素をバネの付された質量体に連結している。

いくつかの実施例において、コイルバネは機能上ボールねじと並列に配置され、アクティブサスペンション要素のモータハウジングとバネの付された質量体に連結している。いくつかの実施例において、コイルバネは機能上ボールねじおよびモータと並列に配置され、ボールねじの端部をバネの付された質量体に連結している。

利点は、通常はパッシブサスペンション部品によって占有される実装空間内にリニアアクチュエータを設けること、および周囲構造体に反作用トルクを伝えることなく小型回転アクチュエータを使用することを含んでいる。非単一動作比を有するトランスミッションの使用は、部品サイズおよび実装における柔軟性の改良に供与している。

他の特徴および利点は明細書および特許請求の範囲から明確になるだろう。

直線出力トランスミッションを備えた、積載された対向回転モータの断面の側面を示した図である。 一組のボールナットの断面を示した図である。 二条ねじのボールねじを示した図である。 図２Ａのボールナットと組み合わせた図２Ｂの二条ねじのボールねじを示した図である。 図１のモータとトランスミッションとを含んだホイールサスペンションの等角図を示している。 図１のモータとトランスミッションとを含んだホイールサスペンションの等角図を示している。 図１のモータとトランスミッションとを含んだホイールサスペンションの概略平面図を示している。 図１のモータとトランスミッションとを含んだホイールサスペンションの概略平面図を示している。 直線出力トランスミッションを備えた、並列配置された対向回転モータの断面を示した図である。 直線出力トランスミッションを備えた、並列配置された対向回転モータの等角図を示している。

直線出力をもたらすトランスミッションを備えた回転モータはリニアモータと類似の機能を提供することが可能であり、一方でより小さい実装空間を必要とするが、一般的に、出力軸におよびモータと出力軸とが取り付けられる構造に（モーメントとしても言及される）トルクを発生する角度反作用力を生成する。以下に記載されたように、逆回転する一組の回転モータは、その一組が支持構造に負荷するトルクを最小化している。トランスミッションは逆回転モータの双方の出力を単一の直線出力軸に連結する。一般的に、我々は、個別のロータ／ステータ結合を「モータ」として、モータとトランスミッションとが結合されたアセンブリを「アクチュエータ」として言及する。

いくつかの実施例において、図１に示されたように、直線アクチュエータ１００は上側モータ１０２と下側モータ１０４とを含んでいる。各々のモータはステータ１０６、１０８およびロータ１１０、１１２で構成されている。この実施例において、ロータ１１０、１１２は共通の軸１１４の周りに回転する。ロータ１１０、１１２は回転−直線トランスミッションの回転部に連結されている。図１の実施例において、トランスミッションは、回転ボールナット１１６、１１８およびボールねじ直線出力軸１２０を備えたボールネジタイプのトランスミッションである。トランスミッションは図の明確化のために全体に拡大されて図示されている。モータハウジング１２２はモータを収容し、アクチュエータアセンブリの一端を覆っている。ジャバラ１２４は他端においてモータハウジング１２２から延在した出力軸の一部を覆っている。ジャバラは出力軸とともに延在し、出力軸が貫通した開口部を通じて異物がモータに侵入することを防止している。いくつかの実施例において、出力軸の中心を通ったボア１２６（端部のみが図示されている）は、軸のいずれかの端部において通気孔１２８、１３０と連結されている。出力軸が延出および退避するので、ジャバラ内の容積は増大および減少する。ジャバラ内の空気圧の変化を減少するために、空気孔がボア１２６と通気孔１２８、１３０とによって形成されており、空気が、モータハウジング１２２の反対側の端部にあるジャバラ１２４とボリューム１３２との間を流れることが可能である。このことはシステム内で得られる空気の全体積を増加し、ジャバラ内の圧力変化を減少している。出力軸と反対側のアクチュエータ端部において、衝突停止部１３４が、完全に退避した場合に出力軸がモータハウジングと衝突することを防止しており、反発停止部１３５が、完全に延伸した場合に出力軸がモータハウジングと衝突することを防止している。停止部１３４、１３５の軸端部への配置は、モータハウジング１２２を通じた移動よりもむしろ、外部構造体に直接伝達される任意の衝突または反発からの衝撃を許容している。このことも単一端部プレート１３７がその移動の範囲のいずれかにおいて出力軸を停止することを可能にしている。

各々のモータはベアリング１４０、１４２を含み、ベアリングはロータが回転することを可能にし、一方でロータとステータとの間の正確なエアギャップを維持している。いくつかの実施例において、図１に示されたように、各々のモータのベアリング１４０、１４２とボールナット１１６、１１８とは単一の要素を形成している。位置センサ１４４はアクチュエータに連結されており、出力軸の位置を割り出すために使用されている。予定される位置センサは直接的な回転位置センサもしくは直線位置センサ、速度センサまたは加速度センサを含み、適切な微分もしくは積分回路を備え、必要なパラメータを割り出すために使用される。回転位置センサもしくは、トランスミッションの動作速度に基づいて、必要に応じて直線位置センサは互いから推測する。いくつかの実施例において、２つの回転位置センサが使用され、一方で他の実施例において、以下に説明されているように、１つのみの回転位置センサまたは直線位置センサが使用されている。位置センサはモータ位置と出力軸位置とを示し、電子機器を制御して正確な知見およびアクチュエータの位置制御を可能にしている。図１の実施例において、別々の回転エンコーダ１４４、１４６が各々のモータに取り付けられ、静止部１４４ａ、１４６ａを備え、ロータに接続された回転部１４４ｂ、１４６ｂのシンボルを検出する。いくつかの実施例において、追加の絶対位置センサ（図示略）が使用され、外部制御アルゴリズムにアクチュエータの位置を報告する。

図１の実施例において、モータは「移動マグネット」タイプであり、ロータ１１０、１１２はマグネットとコイルを含んだステータとから形成されている。電流がコイルを通過する場合、回転磁場が形成され、ロータを軸１１４の周りで回転させる。いくつかの実施例において、ステータは反対向きにまかれており、適合した入力信号はモータを反対方向に回転させる。いくつかの実施例において、コイルは同一であり、１つのモータに対する入力信号は、同一の効果のために、他のものと逆転されている。他の実施例において、移動コイルまたは他のタイプのモータが使用される。

モータが回転した場合、トランスミッションは回転動作を直線動作に変換する。図１の実施例において、ボールナットはロータとともに回転し、ボールねじの直線動作の要因となる。アクチュエータが周囲の構造物に回転力を付加することを防止するために、２つのモータは同時に反対向きに回転するように設計および制御されている。このことは、トランスミッションが２つの方向への同時回転を一方向の直線動作に変換することを必要としている。いくつかの実施例において、図１に示されたように、このことは２つのモータを積載し、且つそれらをトランスミッションの２つの部分に直列に連結することによって達成される。２つの部分の各々はそれぞれ反対方向を向いた回転動作を共通の方向の直線動作に変換し、単一の出力軸を動かすために協働して作動する。ボールねじトランスミッションに関しては、図２Ａ〜２Ｃにより詳細に示されたように、２つのボールナット１１６、１１８が逆方向のらせんとなったボール追従体１１６ａ、１１８ａとともに組み立てられている（図２Ｃの実施例においては、２つのねじ山のみがボールベアリングに包含されており、使用されるねじの数は任意に与えられた実施形態において選択的に設計される）。ボールねじ１２０はその長手に沿って２つの異なった方向に切り出されたねじ山を含んでいる。第１ねじ山１５２は軸の長さ１２０ａの約半分にあり、第１ボールナット１１６に対応している。第２ねじ山１５４は軸の残余部１２０ｂにあり、第２ボールナット１１８に対応している。組み立てられた場合、ボールねじの整列されたねじ山から形成されたチューブとボールナットの追従部とは、ボールリターン１１６ｂ、１１８ｂを通じて循環自在のボールベアリング１２１で充填されている。図２Ａおよび２Ｃに示されたタイプのボールリターンは図示のためのみのものであり、多様なボールリターンのデザインが、部品のサイズ、含まれる力、および実装の要求などの要因に依存して使用されてもよい。ボールベアリング１２１はボールナット上においてボールねじの直線動作または逆向きの移動トルクを供給する。いくつかの実施例において、図１に示されたように、ボールナットはモータよりも短く、アクチュエータの中央に向かって（向かい合って、例えばモータの中央または外側端に）配置されている。これはボールねじに関して移動可能な全長を増加させる利点を備えている。２つのモータ１０２、１０４はその間にギャップを有して配置されており（図１参照）、ギャップはボールねじ１２０の第１ねじ山１５２を坦持したセクション１２０ａのための空間を提供し、第１ねじ山１５２は第２ボールナット１１８に入ることなく第１モータ１０２から延出している。同様に、第２ねじ山１５４を担持したボールねじ１２０のセクション１２０ｂは、軸が退避した場合に第１ボールナット１１６に入らない。

サスペンションに使用するための回転−直線トランスミッションを選択する１つの制約は、直線出力が逆誘導できるべきであり、すなわち、故障することなく、バネの付いていない質量体によって出力軸に負荷された力がモータの回転になることである。遊びを最小化すること、すなわち、出力軸への外力の方向変化が変換されない最小の動作とともに、誘起されたモータの回転方向の変化に変換されることも望ましい。反転の慣性、トランスミッションの慣性の影響といった他の制約は、最小化されるべきである。すなわち、アクチュエータが入力から出力へとみなされた場合、トランスミッションは追加の反転の慣性の条件なしに回転動作と直線動作との間で変換するべきである。ボールねじは、これらの制約の釣り合いを取る柔軟性を提供するトランスミッションの一例である。トランスミッションの他の例は、ローラねじ、磁性ねじ（magnetic screw）、静水ねじ（hydrostatic screw）、リードねじ、およびテーパローラねじを含んだ適切ないくつかのアプリケーションであってよい。

ボールねじトランスミッションによって与えられる力はボールナットとボールねじとの間の界面内のボールベアリングの数に依存しており、言い換えると、ねじの直径とボールを包含したねじ山の数とに依存している。界面内のねじ山の数はナットの長さとねじ山のピッチとに依存している。ボールねじ径の増大は、ボールナットとボールねじとの間の界面がより多くのボールベアリングをねじ山あたりに収容することを可能にし、より少ないねじ山、したがってより短いナットが与えられた力を変換することを可能にしている。同様に、ねじ山のピッチの増大はより多くのねじ山を収容し、それゆえにより多くのボールを収容し、したがって、与えられた長さに関してより多くの力または与えられた力に関してより短い長さに適合する。換言すると、ボールナットの長さはモータアセンブリの総高さに制約を付ける。一実施例において、アクチュエータの要求される力およびボールナットのために取り得る長さの実装の制約が与えられ、ボールねじ径およびねじ山のピッチがそれらを収容するために選択され、一方で以下に議論されているように、反発の慣性を最小化する。

図３Ａおよび３Ｂは図１の積載されたアクチュエータ１００の自動車用サスペンション３００ａ、３００ｂ内への例示的な組み込みを示している。図３Ｃは図３Ｂのサスペンション３００ｂの概略図を示している。アクチュエータ１００に加えて、サスペンション３００ａ、３００ｂはパッシブサスペンション要素であるバネ３０２ａ、３０２ｂも含んでいる。サスペンション３００ａ、３００ｂは構造要素である上側制御アーム３０４、ナックル３０６、および下側制御アーム３０８も含んでいる。ホイールアセンブリ３１０（図３Ｃ）はナックル３０６と下側制御アーム３０８とに付随している。ホイールアセンブリ３１０はサスペンションを路面３１３に連結している。アクチュエータはブッシング３１８ａを介してサスペンションに、および第２ブッシング３１８ｂを介して自動車ボディ３１４に接続されている。いくつかの実施例において、ブッシング３１８ａ、３１８ｂは標準的なブッシングであり、パッシブショックアブソーバに組み付けられて使用されている。構造要素は、自動車のホイールハブ３１０とバネつきの質量体、すなわち自動車ボディとの間の幾何学的関係を維持している。図３Ａおよび３Ｂの視点において、アクチュエータハウジング１２２はヒートシンクとしての機能を果たすフィン内に形成されている。

いくつかの実施例において、図３Ａおよび３Ｂに示されたように、パッシブサスペンション要素はコイルバネを含んでいる。パッシブサスペンション要素は自動車の静的荷重を支持し、自動車が静止しており且つアクチュエータが動力供給されていない場合に、アクチュエータは動作範囲の中間位置にある。積層された逆回転モータの１つの利点は、自動車用サスペンション内でこれまでのところ使用されるので、典型的なコイルバネの内径内に適合するように設計されることが可能なことである。バネは図３Ａに示したようにアクチュエータの全長にわたって延在して、出力軸１２０の端部と自動車構造部との間に接続されてもよく、または、バネは図３Ｂに示したように出力軸の代わりにアクチュエータのハウジング１２２に固定されてもよい。図３Ｂにおいて、スリーブ３１６はバネ３０２ｂをハウジング１２２に連結している。いくつかの実施例（図示略）において、第２コイルバネはスリーブ３１６からアクチュエータの他端部（図３Ｂにおいて底端部）まで延在している。そのような実施例において、スリーブはアクチュエータハウジングに沿ってスライド自在とされ、バネおよびアクチュエータの相対動作に適合する一方で、それらが摩耗することを防止してもよい。図３Ｂの実施例において、アクティブサスペンション構造は倒立されており、底部（ホイール端部）にモータを備え、上部にボールねじを備え、自動車ボディ３１４内に延在している。アクチュエータの全長よりも短い長さを覆ったバネを使用した実施例はいずれかの実施例の方向性において実施されてもよい。

いくつかの実施例において、図３Ｄに示されたように、パッシブサスペンション要素は空気バネ３２０を含んでいる。空気バネサスペンション３００Ｃにおいて、フレキシブルバッグが使用されており、これはばね要素とバッグ内に収容された空気圧とがバッグによって負荷された力を制御するために変化するからである。アクティブサスペンションとの結合において、空気バネサスペンション要素は、システムのバネ比全体を顕著に変化することなく、（乗員の体重のような）静的荷重の変化をオフセットするように制御されることが可能である。いくつかの実施例において、図示されたように、空気バネはボールねじの出力軸の周りに組み込まれており、図１のジャバラの代わりとなり、外側要素に対してモータをシールしている。この実施例において、出力軸１２０内の通気孔のデザインが修正され、通気孔は空気バネのデザインのために全体的に除去されている。この実施例において、アクチュエータ構造は図３Ｂのように倒立されていることも記載しておく。モータはサスペンションのホイール端部に配置され、出力軸と空気バネとを備え、自動車構造体３１４内に上向きに後押ししている。この形態の利点は、その形態が、空気バネがモータアセンブリよりも大きいデザインに適合していることであり、ホイールハブにおける空間よりも多くサスペンション（ショックタワー内）上部における空間が存在するので、標準的なパッシブサスペンションのために設計された自動車構造体に変化を必要とすることがない。他の実施例において、モータ構造は上部に残り、空気バネとボールねじとはサスペンションの底部に配置されている。図３Ｄの実施例において、空気バネ内のロール３２０ａが空気バネの下端部に示されている。他の実施例において、ロールは上端部に配置されてもよく、またはロールなしの空気バネが使用されてもよい。

いくつかの実施例において、モータとトランスミッションとは十分な構造的強度をサスペンションに提供し、１つまたは双方の制御アームが排除され、サスペンションの簡素化が可能である。しかし、アクティブ要素からのモーメントを除去する重要性が増大する。

いくつかの実施例において、図４Ａおよび４Ｂに示されたように、２つのモータ２０２、２０４は並列の形態に配置されている。図示されたように、これらのモータは単一のハウジング２０６を共有しており、またはそれらは別々のハウジングであってもよい。並列軸２１１、２１３上の２つの出力軸２１０、２１２はヨーク２１４およびバー２１６によって結合されている。支持構造体への反作用トルクを減少するために、積載された実施例によれば、２つのモータ２０２、２０４は反対方向に作動する。出力軸２１０、２１２はトランスミッションを介してモータに連結されており、前述の通りである。第３軸２２７に沿った支持軸２２６はモータの位置を自動車ボディ（図示略）に対してブッシング３１８ｂを介して維持しており、一方で、バネ２３０はヨーク２１４をブッシング３１８ｂに連結している。バー２１６は（図３Ｃおよび３Ｄに示されたようにブッシング３１８ａに連結されているが、図示されていない）アンカー２３２によってサスペンションに連結されている。ジャバラ２３４は頂部および底部において中間出力軸２１０、２１２を覆っている。並列形態は積載形態と類似した力を提供するが、より小さい垂直空間を必要とし、それはいくつかの応用において有利である。

トランスミッションの使用は、直接的なリニアモータを使用した場合には存在しないいくらかの設計上の自由度を誘導する。特に、トランスミッションは非単一動作比または機械的利点を誘起し、より小さいモータの使用を可能にしている。全システムに関する動作比ＭＲはステータに対するロータの直線実行速度を、それはタイヤ接触パッチとして言及される、タイヤが路面に接触する位置にけるホイールアセンブリの速度によって除したものである。この全動作比はシステム内において２つのモータ速度の積である。
ＭＲ＝ＭＲ_ｋ×ＭＲ_ｒｏｔ （１）
ここで、ＭＲ_ｋはサスペンションジオメトリに起因した動的動作比であり、ＭＲ_ｒｏｔは回転−直線トランスミッションの回転比である。動的動作比ＭＲ_ｋは、タイヤ接触パッチにおける垂直ホイール速度によって出力軸の直線速度を除したものとして定義される。（図３Ｃを参照すると、レバーとして下側制御アーム３０８を見た場合、ＭＲ_ｋはアームの全長に対するアーム３０８に沿ったブッシング３１８ａの位置に一致する。）トランスミッションモータ比ＭＲ_ｒｏｔは、出力軸の速度によってステータに対するロータの速度を除したものであり、ボールねじのデザインとモータのサイズとの関数である。ピッチＰ_ｂｓのボールねじとロータ径ｄの回転モータとに関しては、ＭＲ_ｒｏｔは次式となる。
ＭＲ_ｒｏｔ＝π×ｄ／Ｐ_ｂｓ （２）

典型的な自動車サスペンションにおいて、動的動作比は０．５〜０．６５の範囲である。統一した前動作比に関して、これは１．５〜２．０のＭＲ_ｒｏｔを導出するが、（適切なボールねじを選択することによって達成される）大きいＭＲ_ｒｏｔの数値は、追加的な設計自由度を提供する。ベータとして言及される一定のモータ効率のために、モータの容量は（１／ＭＲ）^２を見積もる。したがって、動作比の増大はより大きなベータのモータを必要とすることなく、より小さいモータを使用することを可能にしている。一方で、増大した動作比は反作用慣性の増大を導出し、これは以下に記載される。

アクチュエータを制御するために、コマンドがモータへ電流を供給する１つ以上のアンプに送られる。一般的に、コマンドは、アクチュエータがサスペンションに供給すべき力を指示している。アクチュエータはバネ付きの質量体（自動車）に対するバネの付いていない質量体（ホイール）の加速度に反作用するために使用されている。前術の通り、トランスミッションは直接的な直セナクチュエータに存在しない反作用慣性部品を導入する。いくつかの実施例において、モータを駆動しているアンプは制御されて、反作用慣性に関して補正し、入力の力の信号はトランスミッションの評価に適合される必要はない。反作用慣性は質量体としてモデル化されることが可能であり、その質量体による出力への効果は自動車とホイールとの相対加速度に基づいている。浄化的な反作用質量体は以下のように示される。
Ｍ_ＲＥＦＬ＝Ｊ_ｒｏｔ×（ＭＲ_ｋ×ＭＲ_ｒｏｔ×（２／ｄ））^２ （３）
ここで、Ｊ_ｒｏｔはシステムの全回転慣性であり、典型的にｋｇ−ｍ^２の単位である。

ホイールにおけるアクチュエータの電磁出力Ｆ_ＥＭは、トランスミッションの動作比ＭＲ_ｒｏｔからわかる。
Ｆ_ＥＭ＝ＭＲ_ｒｏｔ×（２／ｄ）×Ｔ_ＥＭ （４）
ここで、ｄはロータの直径であり、Ｔ_ＥＭは電磁トルクである。この実施例において、図１の２つのモータの特性は同一であり、等価な数的モデルに合計すると仮定される。

回転モータによって負荷された力は、バネ付加されていない質量体に直接的によりもむしろトランスミッションの反作用慣性に作用する。回転モータの制御は反作用慣性の効果を除去するために使用され、外的制御を容易にしている。これを行うために、反作用質量体にかかる加速度が測定され、反作用体の質量が乗じられて補正した力を決定する。
Ｆ_ＣＯＲ＝−Ｍ_ＲＥＦＬ×（ａ_ｃ−ａ_ｗ） （５）
ここで、ａ_ｃは自動車本体の加速度であり、ａ_ｗはホイールアセンブリの加速であり、加速度の差（ａ_ｃ−ａ_ｗ）は位置センサ（例えば必要であれば位置センサ出力と回転から直線へ変換された加速度との差）から分かる。その後、この補正した力は外部制御回路から要求された出力に加えられ、アクチュエータは全体として要求された力を生成する。

いくつかの実施例において、制御計算は周波数領域において実行されている。約４〜６Ｈｚより上の低周波領域において、ホイールから自動車へのトランスミッションを介した加速度を移送への反作用慣性の項の寄与は無視することが可能であり、制御は直接的に加速度に基づいている。高周波領域において、反作用慣性は顕著であり、ホイールから自動車への望ましくない加速度の移送が増大し、制御計算は現れた質量体の項をこの効果を減少する評価にもたらす。

いくつかの実施例において、エンコーダ１４４ａ、１４６ａの出力はホイールと自動車との相対化速度を決定するために使用されている。エンコーダの出力は位置から加速度への変換の２倍の差である。いくつかの実施例において、正弦／余弦トラックを備えたエンコーダは増加する位置のトラッキングフィルタとともに使用されている。この実施例において、加速度はフィルタ内部と推定され、必要に応じて制御アルゴリズムによって使用されている。エンコーダによって示された角度位置と出力軸の直線的な伸びとの間の変換は、例えば、ボールねじに関するトランスミッションのデザインに基づいており、回転はねじ山ピッチで除されて直線変位を検出する。いくつかの実施例において、１つのみのエンコーダが使用されて１つのモータに連結され、他のモータの位置はモータとトランスミッションとの間の既知のジオメトリの関係から推測されている。

単一のアンプを使用することは、変化（積載の公差）の影響と部品間の整合性とを増大する。いくつかの実施例において、これは２つのモータ間のステータの相対的な位置合わせをアクチュエータの設計および生産において重要な公差とする。いくつかの実施例において、単一のアンプは、単一のエンコーダに基づいて、双方のモータを駆動するために使用されている。モータは共通の入力信号に基づいて反対方向に等価のトルクを発生するように配置され、例えばステータのコイルの移送の不一致が１８０°となるように配置されている（与えられたモータデザインにおいて使用された極数に依存して、他の位相角が適切である）。

自動車が加速または減速（すなわち、垂直方向よりも移動方向において加速しようと）した場合、バネ付加されていない質量体は一般的に整合して組み付けられており、トルクを与えることを意図し、いくらかのトルクは出力軸を介してアクチュエータに伝達され、ロータを回転する。１つのみのアンプが使用された場合、誘起された回転はロータを制御アルゴリズムによって期待された位相の不一致の配列とする。結果的に、モータは共通の信号に関して等価のトルクを生成せず、ピークトルクは減少する。いくつかの実施形態において、このことに対抗するために、モータは、問題に起因した制御体制からはるかに外れた動作をすることなく、出力軸の誘起された回転の期待された量を許容するように設計される。すなわち、誘起された回転の期待された角度に関して、モータ間の相対トルクの変化は発生する全トルクに対して実体のないものである。例えば、これは１２極よりも少ないような全極数を備えたモータを選択することによって実行される。そのようなモータの一例はParker Bayside of Port Washington, NY.のモデルK089300である。いくつかの実施例において、追加の軸位置センサが使用されており、制御ループはアクチュエータの部品の既知のジオメトリに基づいて、誘起されたトルクから発生した力へと変化するために補正している。

いくつかの実施例において、自動車の減速および加速は出力軸とロータとに異なって誘起された回転の角度を生成する。これを相殺するために、モータは、既知のある回転角度だけ完全な整合からのズレを持ったステータとともに組み立てられ、減速および加速の間のトルクが同一となるようにされてもよい。いくつかの実施例において、サスペンションは加速度計も含んでおり、（アクチュエータによって補正された垂直方向の加速度と反対の）移動方向における自動車の加速度を測定している。この情報は強い減速または加速によって誘起された回転を予測および相殺するために使用されることが可能である。

いくつかの実施例において、慣性補正制御ループに加えて、外部制御ループが使用されてモータを制御し、アクチュエータは力コマンドの入力に直接的に反応し、すなわち、アクチュエータは外部制御の観点から力の発生源として直接的に制御されている。これを達成するために、センサが使用されて、アクチュエータの力の出力を割り出している。測定された力の出力はフィードバックされ、フィードバックループ内の要求された力のコマンドと合成されて、要求された力の出力にアクチュエータを駆動する。フィードバックされた力の数値はひずみゲージのような直接的な力検出装置の出力であってもよく、または直接的よりも幾分弱いものであってもよく、それは自動車側およびホイール側の加速度を質量で除したものの差のようなものである。

他の実施は、出願人が権利を与えられるであろう以下の特許請求の範囲および他のクレームの範囲内にある。

１００ ・・・直線アクチュエータ、 １０２ ・・・上側モータ、 １０４ ・・・下側モータ、 １０６、１０８ ・・・ステータ、 １１０、１１２ ・・・ロータ、 １１４ ・・・軸、 １１６、１１８ ・・・回転ボールナット、 １２０ ・・・ボールねじ直線出力軸、 １２１ ・・・ボールベアリング、 １２２ ・・・モータハウジング、 １２４ ・・・ジャバラ、 １２６ ・・・ボア、 １２８、１３０ ・・・通気孔、 １３２ ・・・ボリューム、 １３４ ・・・衝突停止部、 １３５ ・・・反発停止部、 １３７ ・・・単一端部プレート、 １４０、１４２ ・・・ベアリング、 １４４ ・・・位置センサ、 １４４、１４６ ・・・回転エンコーダ、 １４４ａ、１４６ａ ・・・静止部、 １４４ｂ、１４６ｂ ・・・回転部、 １５０ ・・・第１ねじ山、 ３００ａ、３００ｂ ・・・サスペンション、 ３０２ａ、３０２ｂ ・・・バネ、 ３０４ ・・・上側制御アーム、 ３０６ ・・・ナックル、 ３０８ ・・・下側制御アーム、 ３１０ ・・・ホイールアセンブリ、 ３１３ ・・・路面、 ３１４ ・・・自動車ボディ、 ３１６ ・・・スリーブ、 ３２０ ・・・空気バネ、 ２０２、２０４ ・・・モータ、 ２０６ ・・・ハウジング、 ２１０、２１２ ・・・出力軸、 ２１４ ・・・ヨーク、 ２１６ ・・・バー、 ２３０ ・・・バネ、 ２３２ ・・・アンカー

Claims (30)

1. ホイールアセンブリを、バネの付された質量体に連結した自動車のサスペンションであって、該サスペンションは、
   前記ホイールアセンブリと前記バネの付された質量体とに連結されたアクティブサスペンション要素と、
   第１回転モータと、
   第２回転モータと、
   前記第１回転モータおよび第２回転モータに連結されたトランスミッションと、を具備したサスペンションにおいて、
   前記トランスミッションは第１方向における前記第１回転モータの回転と、第２回転方向における前記第２回転モータの同時の回転と、を出力軸の一方向における直線動作へと変換することを特徴とするサスペンション。
2. 前記第１および第２回転モータは直列に配列され、共通の軸の周りに回転することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記トランスミッションは、
   前記第１回転モータに結合した第１ボールナットと、
   前記第２回転モータに結合した第２ボールナットであって、前記第１および第２ボールナットは反対方向のねじ山を備えるように形成された第２ボールナットと、
   前記第１ボールナットのねじ山の方向に合致した第１ねじ山領域と、前記第２ボールナットのねじ山の方向に合致した第２ねじ山領域と、を備えたボールねじと、を具備していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記第１回転モータは第１軸の周りに回転し、前記第２回転モータは前記第１軸と異なった第２軸の周りに回転することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記トランスミッションは、
   前記第１回転モータに連結された第１回転−直線トランスミッションと、
   前記第２回転モータに連結された第２回転−直線トランスミッションと、
   前記第１および第２回転−直線トランスミッションに連結されたヨークと、を具備していることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記第１および第２回転−直線トランスミッションは、各々が個々の回転モータに結合されたボールナットと、対応した前記ボールナットと前記出力軸とに連結されたボールねじと、を具備していることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. コイルバネをさらに具備し、前記第１および第２回転モータを具備したサブアセンブリが前記コイルバネの内側に少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記第１および第２回転モータは前記コイルバネの内側に全体的に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 空気バネサスペンション要素をさらに具備し、前記第１および第２回転モータの外側に延出した前記出力軸の一部は、前記空気バネサスペンション要素の内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 少なくとも前記第１回転モータを駆動するために接続された第１パワーアンプと、
    前記トランスミッションの位置を示すための位置センサと、
    前記エンコーダと前記第１パワーアンプとに接続され、前記パワーアンプを作動させて、前記エンコーダの示した位置に基づいて前記第１および第２回転モータを協働して駆動するように形成された制御回路と、をさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記制御回路は、前記第１および第２回転モータならびに前記第１および第２トランスミッションの公差の組み合わせに基づいて、前記第１回転モータの位置から前記第２回転モータの位置を推測していることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記第２回転モータに接続された第２パワーアンプをさらに具備し、前記制御回路も前記第２パワーアンプに接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 前記位置センサは前記第１回転モータに接続された回転位置センサを具備し、前記第２回点モータの位置は前記第１回転モータの位置から推測されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
14. 前記位置センサは前記第１回転モータに接続された第１回転位置センサと、前記第２回転モータに接続された第２回転位置センサと、を具備していることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
15. 前記トランスミッションの動作を示すセンサと、
    力のコマンドを受け取り、前記トランスミッションの反作用慣性と前記センサから算出された加速度とに基づいて補正の力を算出し、前記力のコマンドと前記補正の力とから全体の力を算出し、且つ該全体の力に基づいて前記第１および第２回転モータを作動させるように形成された制御回路と、をさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
16. 前記トランスミッションの力の出力を示すセンサと、
    力のコマンドと前記示された力の出力とを受け取り、前記力のコマンドと前記示された力の出力との間の差に基づいて、前記第１および第２回転モータに供給される力のコマンドを修正するように形成された制御回路と、をさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
17. 前記サスペンションの第１端部において、前記第１および第２回転モータの外側に延在した前記トランスミッションの一部を取り囲み、周囲環境から前記第１および第２回転モータの内部をシールしたジャバラをさらに具備し、
    前記トランスミッションは出力軸を通じて延在した通気孔を具備し、前記ジャバラから前記サスペンションの第２端部における空間まで流体的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
18. 前記ホイールアセンブリと前記バネの付された質量体とに連結されたリンクをさらに具備し、前記ホイールアセンブリと前記バネの付された質量体との間の相対動作のジオメトリを制御していることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション。
19. 第１回転モータと、
    第２回転モータと、
    前記第１および第２回転モータに連結されたトランスミッションと、
    該トランスミッションの力の出力を示すセンサと、
    力のコマンドと前記示された力の出力とを受け取り、前記力のコマンドと前記示された力の出力との間の差に基づいて、前記第１および第２回転モータに供給される力のコマンドを修正するように形成された制御回路と、を具備した装置であって、
    前記トランスミッションは、前記第１回転モータの第１方向における回転と、それと同時の前記第２モータの第２回転方向における回転と、を出力軸の一方向の直線動作に変換することを特徴とする装置。
20. 前記第１および第２回転モータは直列に配列され、共通の軸の周りを回転することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 前記トランスミッションは、
    前記第１回転モータに結合された第１ボールナットと、
    前記第２回転モータに結合された第２ボールナットであって、前記第１および第２ボールナットは反対方向のねじ山を備えるように形成された第２ボールナットと、
    前記第１ボールナットのねじ山の方向に合致した第１ねじ山領域と、前記第２ボールナットのねじ山の方向に合致した第２ねじ山領域と、を備えたボールねじと、を具備していることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 前記第１回転モータは第１軸の周りに回転し、前記第２回転モータは前記第１軸と異なった第２軸の周りに回転することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
23. コイルバネをさらに具備し、前記第１および第２回転モータを具備したサブアセンブリが前記コイルバネの内側に少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
24. 空気バネサスペンション要素をさらに具備し、前記第１および第２回転モータの外側に延出した前記出力軸の一部は、前記空気バネサスペンション要素の内側に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
25. 少なくとも前記第１回転モータを駆動するために接続された第１パワーアンプと、
    前記トランスミッションの位置を指示するための位置センサと、
    前記エンコーダと前記第１パワーアンプとに接続され、前記パワーアンプを作動させて、前記エンコーダの示した位置に基づいて前記第１および第２回転モータを協働して駆動するように形成された制御回路と、をさらに具備していることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
26. 前記制御回路は、前記第１および第２回転モータならびに前記第１および第２トランスミッションの公差の組み合わせに基づいて、前記第１回転モータの位置から前記第２回転モータの位置を推測していることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
27. 前記第２回転モータに接続された第２パワーアンプをさらに具備し、前記制御回路も前記第２パワーアンプに接続されていることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
28. 前記位置センサは前記第１回転モータに接続された回転位置センサを具備し、前記第２回点モータの位置は前記第１回転モータの位置から推測されることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
29. 前記位置センサは前記第１回転モータに接続された第１回転位置センサと、前記第２回転モータに接続された第２回転位置センサと、を具備していることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
30. 前記トランスミッションの動作を示すセンサと、
    力のコマンドを受け取り、前記トランスミッションの反作用慣性と前記センサから算出された加速度とに基づいて補正の力を算出し、前記力のコマンドと前記補正の力とから全体の力を算出し、且つ該全体の力に基づいて前記第１および第２回転モータを作動させるように形成された制御回路と、をさらに具備していることを特徴とする請求項１９に記載の装置。

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