JP2741784B2 - 支持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、自動車用サシペンション等に適用される
支持装置に関し、特に振動遮断性を向上させると共に消
費電力を節減した支持装置に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は自動車のサスペンションに用いられる従来の
支持装置を示す側面図である。

図において、（１）は被支持体となる自動車の車体、
（２）は車体（１）に軸支された車軸、（３）は車軸
（２）に固定されたタイヤ、（４）はタイヤ（３）が接
する路面である。

（５）は車体（１）の振動を抑制するショックアブソ
ーバであり、車体（１）とタイヤ（３）の取り付け部と
の間に設けられている。ショックアブソーバ（５）は流
体を充填したオイルダンパ等からなっている。（６）は
ショックアブソーバ（５）のスライド部と車体（１）と
の間に挿入されたコイルバネである。このように、従来
の支持装置は、ショックアブソーバ（５）及びコイルバ
ネ（６）を組み合わせた構成となっている。

次に、車体（１）の振動応答性を示す第４図の特性図
を参照しながら、第３図に示した従来の支持装置の動作
について説明する。

走行中の路面（４）に凹凸があった場合、タイヤ
（３）は上下に振動し、この振動はショックアブソーバ
（５）及びコイルバネ（６）を介して車体（１）に伝達
される。このとき、路面（４）の凹凸による振動周波数
ｆに対する車体（１）の振動の応答特性は、例えば第４
図のようになる。

第４図において、縦軸は車体（１）の路面（４）に対
する振幅比Ｒであり、横軸は路面（４）即ちタイヤ
（２）側の振動周波数ｆである。破線、実線及び一点鎖
線はショックアブソーバ（５）の減衰力を変化させたと
きの特性曲線であり、破線は減衰力が小さい場合、実線
は中間の場合、一線鎖線は大きい場合を示す。又、f₁は
バネ上即ち車体（１）側の共振周波数、f₂はバネ下即ち
タイヤ（２）側の共振周波数、Ａは人間の不快感帯域で
ある。

第４図から、ショックアブソーバ（５）の減衰力に関
して、以下の（Ｉ）及び（II）のことが明らかとなる。

（Ｉ）減衰力が小さい場合は、破線のように不快感帯域
Ａでの応答性が低下するが、車体（１）の共振周波数f₁
での振幅が大きい。従って、路面（４）上の突起などの
障害物に乗り上げた場合、振動が収束せずに不安定であ
るため、乗り心地が悪くなる。

（II）減衰力が大きい場合は、共振周波数f₁及びf₂のよ
うな共振点がほとんどなくなり、振動の収束性も良くな
るが、不快感帯域Ａでの応答性が増加するため、やはり
乗り心地が悪くなってしまう。

従って、乗り心地及び安定性の両面から妥協して、減
衰力は、実線のように、（Ｉ）及び（II）の中間に設定
されている。

次に、コイルバネ（６）の強さについて考慮する。例
えば、ブレーキや加速によるピッチングモーメント分
力、並びに、旋回によるローリングモーメント分力は、
車体（１）に対する作用力となるが、これに対抗して車
体（１）の姿勢角を一定に保つためには、コイルバネ
（６）をある程度硬く（バネ係数ｋを大きく）する必要
がある。しかし、バネ係数ｋを大きくすると、車体
（１）側の共振周波数f₁がシフトして不快感帯域Ａに近
づくため乗り心地が悪くなる。

この乗り心地の問題を解決するには、コイルバネ
（６）のバネ係数ｋを低減すると共に、ショックアブソ
ーバ（５）の減衰力が第４図における最低線をたどるよ
うに設定し、 振動周波数ｆ＜不快感帯域Ａ→減衰力大 振動周波数ｆ＝不快感帯域Ａ→減衰力小 振動周波数ｆ＞不快感帯域Ａ→減衰力中 とする必要がある。しかし、このように振動周波数ｆに
領域に応じて減衰力を変化させることは、油圧を利用し
たショックアブソーバ（５）の特性上困難である。

又、コイルバネ（６）の強度を下げるには、車体
（１）の姿勢を安定化するための対策を用意する必要が
ある。このため、例えば、コイルバネ（６）に代えて公
知のエアスプリング等を用い、吸排気によってバネ係数
ｋを制御することが考えられるが、応答性が悪いという
問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の支持装置は以上のように、ショックアブソーバ
（５）及びコイルバネ（６）により構成されているの
で、振動遮断性が悪く、自動車用サスペンションに用い
た場合、乗り心地が悪いという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、振動遮断性を向上させると共に消費電力を
節減した支持装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る支持装置は、ステータ部及びこのステ
ータ部に磁気結合された移動部からなるリニアモータ
と、このリニアモータと並列に設けられた弾性体と、リ
ニアモータ及び弾性体の各一端に支持された被支持体
と、この被支持体の基準位置からの相対位置を検出する
位置検出手段と、相対位置の所定周波数以上の変化成分
を波するローパスフィルタと、相対位置の所定周波数
以下の変化成分を波するハイパスフィルタと、このハ
イパスフィルタの出力に応答して、弾性体の作用力の変
化を打ち消すための補正量を求める補正量演算部と、ロ
ーパスフィルタから出力される変化成分と補正量とに基
づいてリニアタモータへの供給電流を制御する電流制御
部とを設けたものである。

［作用］ この発明においては、通常はリニアモータが定電流制
御下で一定推力を発生しているが、弾性体が被支持体の
質量の大半を支持しているので、リニアモータの消費電
流は節減される。被支持体の相対位置が所定周波数以下
の低周波数で変化した場合は、変化成分を打ち消すよう
にリニアモータへの供給電流を制御して、相対位置が一
定となるように被支持体を追従させながら支持する。
又、被支持体の相対位置が所定周波数以上の高周波数で
変化した場合は、弾性体の変位に応じた作用力を打ち消
すための補正量に基づいてリニアモータへの供給電流を
制御すると共に、リニアモータが位置変化量を吸収して
被支持体の絶対位置を一定に保持する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、（10）
はリニアモータ、（18）はリニアモータ（10）と並列に
設けられたバネ係数ｋのコイルバネからなる弾性体であ
る。（20）は自動車の車体等に相当する被支持体であ
り、リニアモータ（10）及び弾性体（18）の各一端に支
持されている。（22）は自動車のタイヤ等に相当する作
用点、（24）は路面等に相当する非制御振動発生源であ
る。

（30）は被支持体（20）の基準位置（例えば、路面）
からの相対位置Ｌを検出する位置検出手段であり、作動
トランスやポテンショメータから構成されている。

（32）は相対位置Ｌの所定周波数（例えば、人間の不
快感周波数）以上の変化成分を波するローパスフィル
タ、（34）は相対位置Ｌの所定周波数以下の変化成分を
波するハイパスフィルタ、（36）はハイパスフィルタ
（34）の出力Ｃに応答して弾性体（18）の作用力を相殺
するための補正量ｋ・ΔＬを求める補正量演算部、（3
8）は例えば運転制御指令に応じた位置指令値Ｌ^＊を生
成する位置制御系、（39）は補正量ｋ・ΔＬと位置指令
値Ｌ^＊との和信号（ｋ・ΔＬ＋Ｌ^＊）を生成する加算器
である。

（40）はリニアモータ（10）への供給電流ｉを制御す
る電流制御部であり、供給電流ｉは、ローパスフィルタ
（32）から出力される低周波数の変化成分Ｄを打ち消す
ように、且つ和信号（ｋ・ΔＬ＋Ｌ^＊）に基づいて決定
される。

第２図はリニアモータ（10）の具体例を示す断面図で
あり、ここではボイスコイル形の電磁アクチュエータで
構成した場合を示す。

（11）は外側ヨーク、（12）は外側ヨーク（11）と一
体の内側ヨークであり、これらは２重円筒形のステータ
部を構成している。（13）は内側ヨーク（12）の外周部
に設けられた永久磁石であり、径方向に着磁されてい
る。永久磁石（13）は、各ヨーク（11）及び（12）と共
にステータ部を構成しており、矢印のように各ヨーク
（11）及び（12）を介した閉ループ磁界を発生してい
る。

（14）は内側ヨークに挿入された出力シャフトであ
り、図面の上下方向にスライド可能な移動部を構成して
いる。（15）は内側ヨーク（12）と出力シャフト（14）
との間に設けられたスライド軸受である。（16）は出力
シャフト（14）と一体の円筒形電磁石即ちボイスコイル
であり、永久磁石（13）と外側ヨーク（11）との間に挿
入され、ステータ部と磁気結合されている。

次に、第１図及び第２図に示したこの発明の一実施例
の動作について説明する。

リニアモータ（10）に対して制御振動等が作用してい
ない場合、電流制御部（40）からの供給電流ｉは一定で
あり、リニアモータ（10）は推力一定に制御されてい
る。このとき、非制御振動発生源（24）から作用点（2
2）に対して所定周波数以上の高周波数の非制御振動が
伝達されても、相対位置Ｌの変化成分がローパスフィル
タ（32）によって波されるため、変化成分Ｄは電流制
御部（40）に入力されない。又、このとき、絶対位置Ｌ
の変化成分はハイパスフィルタ（34）を介して補正量演
算部（36）に入力される。

ここで、被支持体（20）の初期位置をL₁、移動後の位
置をL₂とすれば、位置変化量（変化量）ΔＬは、 ΔＬ＝L₂−L₁ で表わされる。補正量演算部（36）は、予め設定された
弾性体（18）のバネ係数ｋと変位量ΔＬに基づいて、弾
性体（18）の作用力（−ｋ・ΔＬ）を相殺するための補
正量ｋ・ΔＬを、 ｋ・ΔＬ＝ｋ（L₂−L₁） から求める。この補正量ｋ・ΔＬは、加算器（39）を介
して位置指令値Ｌ^＊との和信号となった後、電流制御部
（40）に入力される。このとき、電流制御部（40）から
リニアモータ（10）への供給電流ｉは、振動がないとき
の一定の供給電流をioとすれば、 ｉ＝io＋ｋ・ΔＬ＋Ｌ^＊−Ｌ ＝io＋ｋ（L₂−L₁）＋Ｌ^＊−Ｌ となる。但し、Ｌ^＊は、種々の運転制御指令等に応じて
設定される被支持体（20）の位置指令値である。従っ
て、被支持体（20）は、高周波数の非制御振動に対して
全く追従せず、全体位置が一定となるように安定に支持
される。

次に、自動車が坂を上る場合等において、非制御振動
発生源（24）から作用点（22）に低周波数の非制御振動
が伝達された場合を想定する。このとき、位置検出手段
（30）は、リニアモータ（10）のスライド移動量（スト
ローク）から、被支持対（20）の基準位置からの相対位
置Ｌを検出し、ローパスフィルタ（32）は、相対位置の
所定周波数以下の低周波数の変化成分Ｄを出力する。

電流制御部（40）は、ローパスフィルタ（32）から入
力された変化成分Ｄに基づいて供給電流ｉを決定し、変
化成分Ｄを打ち消すようにリニアモータ（10）を制御す
る。又、このとき、ハイパスフィルタ（34）の出力Ｃが
得られないため、補正量演算部（36）は動作せず、加算
器（39）からの和信号は位置指令値Ｌ^＊のみと等しくな
る。従って、供給電流ｉは、 ｉ＝io＋Ｌ^＊−Ｌ となり、位置指令値Ｌ^＊が一定であれば、被支持体（2
0）は、低周波数の変化成分Ｄに追従し、相対位置Ｌが
一定となるように支持される。又、被支持体（20）の質
量変化等により、リニアモータ（10）に対する負荷が変
化し場合も、相対位置Ｌが低周波数で変化するため、被
支持体（20）は、同様に変化成分Ｄを打ち消して相対位
置Ｌが一定となるように追従することになる。

こうして、被支持体（20）は、基準位置に対する相対
位置Ｌが一定となるように支持され、制御振動等を含む
低周波数の位置変化に追従することができる。従って、
坂を上下移動する場合等で作用点（22）が変位したり、
被支持体（20）の質量変化等によりリニアモータ（10）
の負荷が変化しても、被支持体（20）が支持不能に陥る
ことはない。

一般に、リニアモータ（10）は、空間的な電磁気作用
によって推力を発生し、この推力がスライド位置に依存
しないので、作用点（22）の変位によって支持力が変動
することはない。従って、被支持体（20）に対して、高
周波数の振動遮断性が極めて優れた、絶対位置安定能力
の高い支持装置を実現することができる。又、被支持体
（20）の質量の大半は弾性体（18）が支持しているの
で、リニアモータ（10）の消費電力は著しく節減され
る。

以上の構成によれば、作用点（22）における種々の振
動に対し、リニアモータ（10）において独立に推力を制
御することができ、被支持体（20）は、高周波数の非制
御振動に対する不感性を持つことになり、且つ、低周波
数の変化に対しては追従することになる。従って、自動
車のサスペンションに用いた場合、人間の不快感帯域の
振動が被支持体（20）即ち車体に伝達されることはな
い。

尚、上記実施例では、リニアモータ（10）がボイスコ
イル形の場合を示したが、他のリニアモータ、例えば、
多相一次巻線に対向する導体を有する誘導モータであっ
てもよい。

又、位置検出手段（30）をポテンショメータ等で構成
し、リニアモータ（10）の移動量に基づいて被支持体
（20）の相対位置Ｌを検出したが、位置検出手段（30）
として、被支持体（20）に高さセンサを設け、路面まで
の高さ位置を直接計測して相対位置Ｌを検出してもよ
い。

更に、被支持体（20）をリニアモータ（10）のステー
タ部に固定したが、リニアモータ（10）の向きを逆にし
て移動部に固定してもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、リニアモータ及び弾
性体の各一端に支持された被支持体と、この被支持体の
基準位置からの相対位置を検出する位置検出手段と、相
対位置の所定周波数以上の変化成分を波するローパス
フィルタと、相対位置の所定周波数以下の変化成分を
波するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出
力に応答して、弾性体の作用力の変化を打ち消すための
補正量を求める補正量演算部と、ローパスフィルタから
出力される変化成分と補正量とに基づいてリニアモータ
への供給電流を制御する電流制御部とを設け、通常はリ
ニアモータが定電流制御下で一定推力を発生すると共に
弾性体が被支持体の質量の大半を支持し、被支持体の相
対位置の低周波数の変化に対しては追従させ、高周波数
の変化に対しては絶対位置が一定となるようにしたの
で、振動遮断性の向上及び消費電力の節減を実現した支
持装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図内のリニアモータの具体的構成例を示す断面図、第
３図は従来の支持装置を示す側面図、第４図は第３図の
装置による振動応答性を示す特性図である。 （10）……リニアモータ （11）〜（13）……ステータ部 （14）、（16）……移動部、（18）……弾性体 （20）……被支持体、（30）……位置検出手段 （32）……ローパスフィルタ （34）……ハイパスフィルタ （36）……補正量演算部、（40）……電流制御部 Ｌ……相対位置 Ｃ……ハイパスフィルタの出力 Ｄ……変化成分、ｋ・ΔＬ……補正量 ｉ……供給電流 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 俊一 兵庫県姫路市千代田町840番地 三菱電 機株式会社姫路製作所内 (56)参考文献 実開 昭64−52911（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−68905（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータ部及びこのステータ部に磁気結合
   された移動部からなるリニアモータと、 このリニアモータに並列に設けられた弾性体と、 前記リニアモータ及び前記弾性体の各一端に支持された
   被支持体と、 この被支持体の基準位置からの相対位置を検出する位置
   検出手段と、 前記相対位置の所定周波数以上の変化成分を波するロ
   ーパスフィルタと、 前記相対位置の所定周波数以下の変化成分を波するハ
   イパスフィルタと、 このハイパスフィルタの出力に応答して、前記弾性体の
   作用力の変化を打ち消すための補正量を求める補正量演
   算部と、 前記ローパスフィルタから出力される変化成分と前記補
   正量とに基づいて前記リニアモータへの供給電流を制御
   する電流制御部と、 を備えた支持装置。