JP3016262B2 - 電磁サスペンション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁サスペンション装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁束を飛ばされる間隙とこの間隙
を横切るコイルとを利用した電磁アクチュエータとし
て、例えば、実開平２−４７４５０号公報に記載された
電磁ダンパが知られている。

【０００３】この従来の電磁ダンパは、相対移動可能に
形成された２つの部材の一方に、磁石により磁路及び磁
束を飛ばす間隙を形成し、他方の部材には、間隙の磁束
を横切るようにコイルを設け、該コイルの両端を短絡す
る負荷抵抗を設けたもので、コイルが磁界の中を移動す
る際にコイルに発生する電流を負荷抵抗により消費させ
ることで、両部材間の相対移動を規制する減衰力を発生
させ、これにより、両部材間の振動を制振させるように
したものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電磁ダンパは、間隙の磁路端面が平行（間隙
の幅が一定）に形成されていたため、以下に述べるよう
な問題があった。

【０００５】即ち、磁石により形成される磁路の長さが
長くなるにつれて磁気抵抗が次第に増大することから、
磁路端面が平行（間隙の幅が一定）であると、この間隙
中を飛ぶ磁束の密度が、磁路の長さに逆比例して減少
し、これにより、間隙中の磁束密度が不均一になる。従
って、コイルがストロークする位置により発生する力が
異なり、一定の性能が得られない。

【０００６】本発明は、上述の問題に着目して成された
もので、間隙中の磁束密度を、磁路の長短に拘らず均一
化することができる電磁サスペンション装置を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、間隙の磁路
端面間距離を、磁路の全長に対応して全長が長い部分ほ
ど広く短い部分ほど狭く形成して上記目的を達成するよ
うにした。

【０００８】即ち、本発明の電磁サスペンション装置
は、車体と車輪との間に介在されたサスペンションユニ
ットが、相対移動可能に形成された車体側部材と車輪側
部材とを備え、前記車体側部材と車輪側部材との間に、
両部材の一方に設けられたシリンダチューブと、両部材
の他方に設けられてシリンダチューブ内を画成して摺動
可能なピストンを有したピストンロッドとを備えて、ピ
ストンのストロークに伴って減衰力を発生する液圧緩衝
器が設けられ、この液圧緩衝器には、減衰力特性を変更
可能な減衰力変更手段が設けられ、前記シリンダチュー
ブとその外側に設けられた外筒との間に、円筒状の間隙
が形成されているとともに、この間隙に半径方向の磁界
を形成する磁路が形成され、前記車体側部材と車輪側部
材との他方が、前記間隙に挿入され、この挿入部分に前
記磁界およびストローク方向に直交する向きにコイルが
設けられている手段とした。

【０００９】

【作 用】本発明の電磁サスペンション装置では、コイ
ルに通電すると、サスペンションユニットのストローク
方向及び磁界方向と直交する向きに通電されて、前記磁
界の向きと通電方向との両方に直交する方向、即ち、サ
スペンションユニットのストローク方向に駆動力が生じ
る。

【００１０】従って、この駆動力により、サスペンショ
ンユニットは伸長したり短縮したりする。よって、この
駆動力をサスペンションユニットに対する入力に抗する
ように作用させて、外部入力によるサスペンションユニ
ットのストロークを抑制させることができる。

【００１１】一方、コイルに通電していない状態でサス
ペンションユニットがストロークすると、磁界内をコイ
ルが移動することでコイルに誘導電流が生じ、抵抗によ
り誘導電流を消費して、サスペンションユニットに対す
る入力を減衰させることができる。

【００１２】そして、本発明では、コイルが移動する間
隙の磁路端面間距離が、磁路の全長に対応して全長が長
い部分ほど広く短い部分ほど狭く形成されているため、
磁路の長短による磁束密度の変動を間隙の長短による磁
束密度の変動分で修正して、間隙中の磁束密度を磁路の
長短に拘らず均一化できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳述す
る。

【００１４】図１は、本発明一実施例の電磁サスペンシ
ョン装置の構成を示す全体図であって、この図におい
て、Ｓはサスペンションユニットを示している。このサ
スペンションユニットＳは、車体側に連結される車体側
部材１と、車輪側に連結される車輪側部材２とを有して
いる。

【００１５】前記車体側部材１は、図示のように軸心部
に設けられた円柱状の内柱１ａと有底円筒状の外筒１ｂ
とで、両者間に間隙部１ｃを有した二重構造に形成され
ている。前記内柱１ａは、上部に形成されたロッド部１
ｄを外筒１ｂの底部に穿設されたねじ穴１ｆに螺合する
ことで外筒１ｂと一体に形成されていると共に、ロッド
部１ｄの先端には、外筒１ｂの底部上面側に突出させた
状態でボルト部材１ｅが形成されている。

【００１６】また、前記円柱１ａ及び外筒１ｂは、その
下側略半分が強磁性体より成る磁性外筒部１１及び磁性
円柱部１２で形成され、その他の部分は非磁性体で形成
されている。そして、磁性外筒部１１の内周面に、中央
部に所定の間隔Ｈを保持して上部外側永久磁石１ｊと下
部外側永久磁石１ｋを設けると共に、磁性円柱部１２の
内周面にも、同様に中央部に所定の間隔Ｈを保持して上
部内側永久磁石１ｍと下部内側永久磁石１ｎを設けるこ
とによって、上部外側永久磁石１ｊと上部内側永久磁石
１ｍ、及び、下部外側永久磁石１ｋと下部内側永久磁石
１ｎとの間に前記間隙部１ｃの間隔を狭めた上部磁界形
成部１ｇ及び下部磁界形成部１ｈが形成されている（図
２参照）。

【００１７】また、前記各永久磁石１ｊ，１ｋ，１ｍ，
１ｎは、それぞれ円周方向に４つに分割され、磁界方向
が前記周状の間隙部１ｃを挟んだ半径方向となると共
に、上部磁界形成部１ｇと下部磁界形成部１ｈの磁束を
飛ばす方向が互いに逆向きとなるようにように、両永久
磁石１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎの極性方向が設定されてお
り、この実施例では、図２に示すように、上部外側永久
磁石１ｊと上部内側永久磁石１ｍは内周側がそれぞれＮ
極で、下部外側永久磁石１ｋと下部内側永久磁石１ｎは
内周側がそれぞれＳ極になるように設定されている。

【００１８】即ち、前記円柱１ａ及び外筒１ｂの下側略
半分が強磁性体より成る磁性外筒部１１及び磁性円柱部
１２で形成されているため、図２に示すように、前記各
永久磁石１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎにより、図中一点鎖線
で示す磁路Ａが形成され、この磁路Ａは、上下両磁界形
成部１ｇ，１ｈにあっては、半径方向で、かつ、互いに
逆方向の磁束が飛ぶ磁界Ｂ₁ ，Ｂ₂ が形成されている。

【００１９】また、前記磁路Ａの間隙部１ｃの端面を構
成している、上部外側永久磁石１ｊと上部内側永久磁石
１ｍの対向面、及び、下部外側永久磁石１ｋと下部内側
永久磁石１ｎの対向面が、中央に近付くにつれてその間
隔が広くなるようにテーパ状（ｄ₁ ＜ｄ₂ ）に形成され
ている。即ち、磁路Ａが環状に形成されているため、こ
の磁路Ａの長さが内側と外側とで相違している。よっ
て、図４（イ）に示す従来例のように磁路端面を平行に
した場合には、図４（ロ）に示すように、磁路Ａの磁気
抵抗に基づき、磁路Ａの距離が長くなる外側部分ほど内
側部分よりも磁束密度が低下するもので、磁界Ｂ₁ ，Ｂ
₂ の強さは場所により異る。

【００２０】それに対し、本実施例では、図３（イ）に
示すように、上部外側永久磁石１ｊと上部内側永久磁石
１ｍとの間隔、及び、下部外側永久磁石１ｋと下部内側
永久磁石１ｎとの間隔を、磁路Ａの距離が長くなる外側
部分ほど狭めている。従って、この間隙部１ｃの磁石間
にあっては、間隔が広くなっている中央側部分ほど磁束
密度の低下が生じるもので、磁路Ａの長さの違いによる
磁束密度の低下と、間隙部１ｃにおける磁束密度の低下
とが相殺されて、図３（ロ）に示すように間隙部１ｃ全
体の磁束密度を均一化させることができるもので、一定
強さの磁界Ｂ₁，Ｂ₂ が得られる。

【００２１】一方、図１に戻り、前記車輪側部材２は、
下端部に底部を有した有底円筒状に形成され、下端に
は、車輪側への取付用のボルト２ａが立設されている。
そして、この車輪側部材２は、開口端部から間隙部１ｃ
内に挿入され、その外周には車体側部材１に対して微少
な隙間を有してコイル３が巻き付けられている。このコ
イル３は、両部材１，２の相対移動方向に沿って第１〜
第６コイル３ａ〜３ｆの６つの部分に分割され、各コイ
ル３ａ〜３ｆは、１つのボビン３ｇに巻き付けられてい
る。そして、各コイル３ａ〜３ｆの単体の長さが、前記
上部外側永久磁石１ｊ（上部内側永久磁石１ｍ）と下部
外側永久磁石１ｋ（下部内側永久磁石１ｎ）との間に形
成された間隔Ｈより短く形成されている。また、前記車
輪側部材２と、内柱１ａ及び外筒１ｂとの間にはベアリ
ング４ａ，４ｂ，４ｃが設けられている。

【００２２】そして、前記各コイル相互間位置のボビン
には、ストロークセンサ７としてのホール素子（または
磁気抵抗素子）７ａが取り付けられている。即ち、この
ホール素子（または磁気抵抗素子）７ａは、コイル３と
共に間隙部１ｃ内を相対移動することにより、磁界Ｂ
₁ ，Ｂ₂ の磁束に感応してその出力電圧を変化させるも
ので、この出力電圧を検出することによりサスペンショ
ンユニットＳのストローク位置を検出するようになって
いる。

【００２３】また、前記コイル３は、制御回路６に接続
されている。即ち、この制御回路６は、各コイル３ａ〜
３ｆの端子間に通電したり、短絡させたりすることが可
能に形成され、さらに、この通電時及び短絡時に、これ
らコイル３に対して可変抵抗を接続するよう構成されて
いる。

【００２４】ちなみに、コイル３を短絡させた場合に
は、サスペンションユニットＳがストロークすると、両
磁界形成部１ｇ，１ｈの磁界Ｂ₁ ，Ｂ₂ を横切る向きに
コイル３が移動することで、コイル３に相対速度に比例
した誘導電流が生じ、この誘導電流が可変抵抗により電
力消費することで、移動エネルギーが減少するもので、
即ち、減衰力が得られる。

【００２５】一方、コイル３を通電駆動させた場合、両
磁界形成部１ｇ，１ｈの磁界Ｂ₁ ，Ｂ₂ を横切る向きに
通電が成されることで、通電の向き強さに応じて、サス
ペンションユニットＳの伸方向に駆動力が作用したり圧
方向に駆動力が作用したりする。 そして、前記制御回
路６には、前記ストロークセンサ７からの入力に基づ
き、サスペンションユニットＳのストローク位置に応じ
て各コイル３ａ〜３ｆへの通電方向を切換制御する通電
切換手段を備えている。この通電切換手段は、前記両磁
界形成部１ｇ，１ｈにおける両磁界Ｂ₁ ，Ｂ₂ の方向が
互いに逆方向になることから、両磁界形成部１ｇ，１ｈ
における駆動力の作用方向を一致させるために、各コイ
ル３ａ〜３ｆのうち、上部磁界形成部１ｇの磁界Ｂ₁ 中
にあるコイルと下部磁界形成部１ｈの磁界Ｂ₂ 中にある
コイルとの通電方向が互いに逆方向になるように各コイ
ル３ａ〜３ｆへの通電がなされると共に、サスペンショ
ンユニットＳのストローク位置に応じて各コイル３ａ〜
３ｆへの通電方向の切り換え制御がなされるものであ
る。

【００２６】また、前記制御回路６は、前記ストローク
センサ７，加速度センサ８及び荷重センサ９からの入力
に基づき制御を行うようになっている。

【００２７】前記加速度センサ８は、車体に取り付けら
れて車体の上下方向加速度を検出するもので、上下方向
の車体速度を求めるために設けられている。

【００２８】前記荷重センサ９は、サスペンションユニ
ットＳの車体側部材１の取付部分に設けられて、サスペ
ンションユニットＳからの入力荷重を検出するもので、
車体側と車輪側との相対速度を求めるために設けられて
いる。

【００２９】そして、制御回路６の演算部では、ストロ
ークセンサ７からの入力に基づき、車両姿勢を一定に保
つ制御を行うと共に、加速度センサ８及び荷重センサ９
からの入力信号に基づき減衰力制御を行う構成となって
いる。

【００３０】次に、実施例の作用について説明する。

【００３１】上述した実施例の電磁サスペンション装置
は、サスペンションユニットＳを自動車の４輪のそれぞ
れと車体との間に設け、また、制御回路６及び各センサ
７，８，９も、１つのサスペンションユニットＳ毎に設
けて使用するものである。

【００３２】（イ）減衰力制御時 車両の走行状況に応じ、サスペンションユニットＳにお
いて減衰力を発生させる場合には、各コイル３ａ〜３ｆ
を短絡させる。そうすると、車体側部材１と車輪側部材
２との相対速度に応じて、即ち、上下両磁界形成部１
ｇ，１ｈを通過するコイル３の速度に正比例して、減衰
力（制御力）が生じる。このように、減衰力制御を行う
場合には、コイル３に通電することはなく、即ち、全く
電力消費することなく減衰力（制御力）を得ることがで
きる。

【００３３】（ハ）姿勢制御時 姿勢制御を行う際には、各センサ７ａ〜７ｃからの入力
に基づいて得られる車両状況に応じてコイル３に通電
し、サスペンションユニットＳの軸方向上向きや下向き
に駆動力（制御力）を発生させて、姿勢制御を行う。

【００３４】この場合、通電の向き及び電力により、駆
動力（制御力）の向き及び強さが変化する。また、この
ような、駆動力（制御力）を、例えば、車高変化を打ち
消す向きに発生させることで、車高を一定させることが
できる。また、駆動力（制御力）を、サスペンションユ
ニットＳを介して車体へ伝達される路面入力を打ち消す
向きに発生させることで、車体への路面入力をキャンセ
ルして一定した車体姿勢が得られる。

【００３５】以上説明したような減衰力制御や姿勢制御
を行うにあたり、本発明実施例装置では、間隙部１ｃを
形成して対向する磁性外筒部１１及び磁性円筒部１２
と、両者において間隙部１ｃを挟んで互いに逆方向の磁
界Ｂ₁ ，Ｂ₂ を形成すべく互いに対向する２組の磁石
（上部外側永久磁石１ｊ，下部外側永久磁石１ｋ，上部
内側永久磁石１ｍ，下部内側永久磁石１ｎ）とで、途中
に磁束を飛ばす間隙（磁界Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）を有した磁路Ａ
を形成し、かつ、複数に分割された各コイル３ａ〜３ｆ
への通電方向を、一方の磁界Ｂ₁ と直交するコイルと他
方の磁界Ｂ₂ と直交するコイルとで互いに逆方向になる
ように切り換える手段を有した構成としたため、サスペ
ンションユニットＳのストロークを大きくする場合でも
磁路Ａを長くする必要性がなく、従って、ストロークの
大小に拘らず一定の十分な制御力を得ることができると
いう特徴を有している。

【００３６】また、実施例では、上部外側永久磁石１
ｊ，下部外側永久磁石１ｋ，上部内側永久磁石１ｍ，下
部内側永久磁石１ｎの対向面をテーパ状に形成し、磁界
Ｂ₁ ，Ｂ₂ の強さが場所により異なることなく一定にし
たため、各コイル３ａ〜３ｆの配置に関係なく、一定の
制御力が得られる。

【００３７】また、実施例では、６つに分割された各コ
イル３ａ〜３ｆの内、制御力（駆動力）を発生するため
に必要なコイル部分だけに通電するように制御すること
で、消費電力を節約することができるという特徴を有し
ている。

【００３８】以上、本発明の実施例を図面により詳述し
てきたが、本発明の具体的な構成はこれらの実施例に限
られるものではない。

【００３９】例えば、実施例装置では、車体側部材を二
重構造に形成した例を示したが、実施例装置の車輪側と
車体側とを逆にして、車輪側部材を二重構造に形成して
もよい。

【００４０】また、実施例では、永久磁石により磁界を
形成するようにしたが、電磁石により磁界を形成するよ
うにしてもよい。

【００４１】尚、ストローク位置によって各コイルの巻
き数を相違させることにより、ストローク位置によって
その制御力を任意に変化させることができる。 また、
各コイルの分割数を多くすることで、両磁石相互の分離
間隔を狭めることができ、その分だけ両磁石の断面積を
広くとることができると共に、磁路の磁気抵抗も小さく
できるので、制御力をさらに強めることができるように
なる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電磁
サスペンション装置は、コイルが移動する間隙の磁路端
面間距離を、磁路の全長に対応して全長が長い部分ほど
広く短い部分ほど狭く形成した手段としたため、磁路の
長短による磁束密度の変動を間隙の長短による磁束密度
の変動分で修正して、間隙中の磁束密度を磁路の長短に
拘らず均一化できるもので、これにより、コイルの位置
にかかわらず一定の性能を得ることができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の電磁サスペンション装置を示す
全体図である。

【図２】実施例装置の要部を示す拡大断面図である。

【図３】実施例装置の作用説明図であって、（イ）は間
隙部分の要部拡大図、（ロ）は間隙部中央磁束密度の特
性図である。

【図４】従来例の作用説明図であって、（イ）は間隙部
分の要部拡大図、（ロ）は間隙部中央磁束密度の特性図
である。

【符号の説明】

Ｓ サスペンションユニット Ａ 磁路 １ 車体側部材 １ｃ 間隙部（間隙） ２ 車輪側部材 ３ コイル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体と車輪との間に介在されたサスペン
   ションユニットが、相対移動可能に形成された車体側部
   材と車輪側部材とを備え、 前記車体側部材と車輪側部材との間に、両部材の一方に
   設けられたシリンダチューブと、両部材の他方に設けら
   れてシリンダチューブ内を画成して摺動可能なピストン
   を有したピストンロッドとを備えて、ピストンのストロ
   ークに伴って減衰力を発生する液圧緩衝器が設けられ、 この液圧緩衝器には、減衰力特性を変更可能な減衰力変
   更手段が設けられ、 前記シリンダチューブとその外側に設けられた外筒との
   間に、円筒状の間隙が形成されているとともに、この間
   隙に半径方向の磁界を形成する磁路が形成され、 前記車体側部材と車輪側部材との他方が、前記間隙に挿
   入され、この挿入部分に前記磁界およびストローク方向
   に直交する向きにコイルが設けられている ことを特徴と
   する電磁サスペンション装置。